[发明专利]周期性荷载作用下淤泥动态本构模型的建立方法

说明书

本发明公开了一种周期性荷载作用下淤泥动态本构模型的构建方法，包括以下步骤：用现场淤泥与水配制不同含水率的淤泥土样；利用正弦振荡剪切流变仪对土样进行多种荷载组合下的动态剪切流变实验并绘制土样应力‑应变和应力‑应变率关系曲线；根据土样应力‑应变和应力‑应变率关系曲线构建淤泥粘弹塑性本构模型；最后，拟合模型参数，构建土样含水率、荷载周期和荷载振幅与模型参数的函数关系。优点：本发明能够模拟淤泥在周期性振荡荷载如波浪荷载下的流变特性，建立考虑含水率、荷载周期和荷载振幅综合影响的淤泥粘弹塑性本构模型，模型参数较少，具有广泛的适用性和扩展性。

技术领域

本发明涉及一种周期性荷载作用下淤泥动态本构模型的构建方法。

背景技术

淤泥质海岸广泛分布于世界各地。在淤泥质海岸，泥床的上层在波浪的作用下会保持在一种高含水率、高流动性的状态，我们把这层淤泥称为软泥层。软泥层的流变特性与非粘性海床有着极大不同，当波浪传播经过软泥层，泥床与水体间将发生强烈动力响应并产生两个显著现象，即表层波浪衰减与软泥层质量输移。

连云港是我国典型淤泥质海岸港口。研究连云港淤泥的流变特性，对揭示波浪与淤泥质海床相互作用现象及其运动规律起到关键的作用，对研究伴随床面淤泥运动的污染物输送、规划设计海岸工程建筑物、以及分析海岸带地质变化具有重要意义

迄今，对粘性泥沙的流变特性实验研究，大多采用传统的单向旋转流变仪。已提出的各种描述粘性土体力学特性的本构模型，如粘性模型、粘弹性模型、多孔介质模型及Bingham模型等也多是建立在单向旋转流变仪所得到的数据的基础上。这些模型能够模拟泥床在单向流或长周期的往复潮流作用下的流变特性，如河口附近，径流及外海潮流起主导作用区域的泥床。而在沿海海岸区域，相比于径流及海流引起的泥层单向运动，波浪引起的泥层振荡运动占主导地位。根据单向静态剪切实验数据所得出的本构模型已不适用于模拟淤泥在波浪作用下的动态流变特性。因此，有必要研究淤泥在波浪动态荷载下的流变特性，建立周期性波浪振荡荷载作用下的粘性土的力学本构模型。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种周期性荷载作用下淤泥动态本构模型的构建方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种正弦周期性荷载作用下淤泥流变特性的测量方法及本构模型的建立方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，配制淤泥土样：采用现场淤泥与水混合后分别配制若干淤泥含水率W为70％-100％的淤泥土样；

步骤2，利用正弦振荡剪切流变仪对配制的不同含水率的淤泥土样分别进行动态剪切实验，通过改变荷载周期T和荷载角振幅A的大小进行多组实验，分别对每组含水率土样进行若干组荷载组合实验得到不同含水率的土样在不同荷载强度组合下的应力、应变及应变率实验数据，并绘制土样应力-应变和应力-应变率关系曲线；

步骤3，根据土样应力-应变和应力-应变率关系曲线构建淤泥粘弹塑性本构模型；

步骤4，拟合模型参数，构建每个模型参数与淤泥含水率W、荷载周期T以及荷载角振幅A的具体函数关系。

进一步的，所述步骤1中，具体配置淤泥含水率W为70％、75％、80％、85％、90％、100％的淤泥土样。

进一步的，所述步骤2中，荷载周期T分别为1.0s、2.0s、3.0s、4.0s、5.0s、7.0s、9.0s，荷载角振幅A分别为2°、4°、6°、9°、12°、16°、20°，24°，分别对每组含水率土样进56组荷载组合实验得到不同含水率的土样在不同荷载强度组合下的应力、应变及应变率实验数据，并绘制土样应力-应变和应力-应变率关系曲线。

进一步的，所述步骤3构建的淤泥粘弹塑性本构模型，其形式为：