考虑流固耦合效应的土体非线性动力本构模型及其三维数值实现

摘要

波浪作用导致海床土体产生复杂的流固耦合效应,即土体受到正应力差和剪应力的三维耦合剪切作用,瞬态超孔隙水压力呈振荡与累积两种增长模式且引起土体循环软化。现有Masing型非线性动力本构模型未能完全考虑该流固耦合效应。现将Davidenkov骨架曲线拓展至三维应力空间,采用“扩展Masing”法则构造土体应力–应变滞回曲线,基于Biot动力固结理论,将Byrne提出的剪切-体积应变耦合模型引入体积相容方程作为累积超孔压增长的源项,建立了一个可描述流固耦合效应的土体非线性动力本构模型。基于FLAC3D计算平台实现了该本构模型的二次开发,通过与模型理论值对比保证了程序的计算精度,与土单元循环扭剪试验对比验证了该本构模拟土体动力流固耦合效应的可行性与合理性,为利用FLAC3D进行海洋岩土工程的研究提供了有效手段。