振动作用下砂土模型孔压增长规律研究

摘要

黏土、砂土和砾土等岩土颗粒材料作为大量建筑物和构筑物的承载体广泛存在，在地震、爆破和机械动力等动载荷诱因作用下，饱和状态下的岩土颗粒材料极易发生液化，砂土液化常与孔隙水压力的积累有关，砂土材料内部孔隙水压力的上升可使砂土的有效围压下降，导致土体的强度和刚度降低，所以研究动载荷作用下砂土材料内部孔隙水压力的变化过程可评估土体的强度，于是本文通过振动台模型试验对砂土的动孔压进行了研究。 动力作用下土体孔压的上升是颗粒骨架和孔隙水相互作用下的结果，本文首先通过颗粒的细观结构对孔压的变化规律进行了分析，根据砂土的不均匀系数大小，提出了等径均匀颗粒和不等径颗粒的细观骨架排列规则，依据颗粒排列规则对孔压变化规律进行了解释，分析得出：不均匀系数较小时，砂土颗粒的均匀程度高，颗粒初始细观排列结构存在的稳定排列结构和不稳定排列结构，在动载荷较小时，孔压主要受不稳定结构成分影响，在动载荷较大时，孔压也受到稳定结构成分影响；不均匀系数较大时，颗粒结构稳定程度较差，理论上砂土更易液化。本文也利用PFC2D模拟了水沉法制作砂土模型的过程，包括均匀砂土模型和不均砂土模型，根据模型颗粒间接触价键，以等径颗粒为例，总结了颗粒的排列规则，一定程度上验证了孔压规律分析的合理性。 本文总结了基于破坏参数的孔隙水压力增长模型，根据振动台试验的4种砂土在液化前的孔压比增长曲线，以N/NL为变量对孔压S型曲线进行了拟合，对孔压S型曲线的三个增长阶段进行了分析，判断曲线的第二增长阶段最能代表孔压的增速程度，通过绘制孔压比与循环比N/NL的关系拟合曲线的斜率曲线，分析了各砂土的孔压增速的快慢的依次顺序。 本文根据振动台试验得到的孔压数据，基于PSO-SVM算法建立了孔压数据分类模型和回归模型，在孔压分类模型中，分类结果表明二分类情况下，数据分类准确率达到100%，在三分类情况下，测试集的预测准确率为83.3%，综合说明分类效果良好。在孔压回归模型中，其决定系数R2达到0.95，回归效果良好。并根据敏感性分析原理，利用孔压回归模型作为孔压敏感性分析的数学模型，通过孔压敏感性分析得到了各影响因素对孔压的影响重要程度。

目录

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致谢

变量注释表

1绪论

1.1研究背景和意义

1.2.1砂土振动液化机理

1.2.2影响砂土液化的因素

1.2.3国内外液化判别方法

1.3主要研究内容

1.4研究方法与技术路线

1.5本章小结

2砂土模型振动试验方案设计

2.1.1振动台

2.1.2模型容器选择

2.1.3数据采集系统

2.1.4模型材料准备

2.2.1模型制作

2.2.2试验控制条件

2.3本章小结

3砂土细观结构对动孔压增长影响机理分析

3.1.1 Cu1.57砂试验结果分析

3.1.2 Cu2.65砂试验结果分析

3.1.3 Cu2.67砂试验结果分析

3.1.4 Cu2.0砂试验结果分析

3.2试验结果统计分析

3.3循环载荷下砂土模型数值模拟

3.3.1数值模拟的方法与思路

3.3.2砂土模型制备及细观参数设置

3.3.3砂土模型加载及数值模拟结果分析

3.4本章小结

4砂土液化过程中孔压增长模式分析

4.1基于“破坏参数”的孔压增长模型

4.1.1应变控制条件下的孔压模型

4.1.2应力控制条件下的孔压模型

4.2振动台条件下孔压增长模式

4.2.1孔压增长过程分析

4.2.2孔压增长曲线S型拟合

4.2.3孔压S型曲线阶段增长模式分析

4.3本章小结

5基于SVM算法的孔压分类预测和敏感性分析

5.1支持向量机

5.1.1支持向量分类

5.1.2支持向量回归

5.2粒子群算法优化SVM参数

5.3基于PSO-SVM算法的孔压分类和回归模型

5.3.1数据集的整理

5.3.2孔压分类预测模型

5.3.3孔压回归预测模型

5.4孔压敏感性分析

5.4.1一阶敏感性分析

5.4.2总阶敏感性分析

5.5本章小结

6结论

参考文献

作者简历

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