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陈国兴教授团队取得土动力学基础研究的重要原创性成果

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英国土木工程师学会会刊Geotechnique 和美国土木工程师学会会刊Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,堪比岩土与地质工程领域的Nature Science

世界岩土地震工程之父、美国加州大学Berkeley分校的Seed (1971)首次提出循环应力比CSR的概念,并用以表征土单元体的动强度,至今未曾改变,成为业内的金科玉律;但CSR的概念无法统一表征不同循环加载模式和应力路径下土体的液化抗力。陈国兴等近日发表在Geotechnique的论文(https://doi.org/10.1680/jgeot.18.P.180),原始提出了土单元体循环应力比USR的概念,导出了不同循环加载模式和应力路径下土单元体动强度的唯一性表达式,且CSRUSR的特例;同时,原始发现不同循环加载模式和应力路径下超静孔压比与偏应变幅值存在唯一性关系,并显式给出了两者之间的关系式。

土动力学的发展史上,3篇奠基性论文推动和控制了40余年来土动力学有效应力理论的发展历程。美国加州大学Berkeley分校的Seed (1975)首次提出动荷载下基于应力的孔隙水压力增长经验模型,至今仍广为使用。加拿大British Columbia 大学Martin (1975) 提出一个具有坚实物理意义的剪切-体积耦合孔压增量模型,认为与孔压增长密切相关的是应变而不是应力。美国Rensselaer 理工学院Dobry (1982) 提出基于应变的孔压增长经验模型,并于1985年予以完善以考虑多向地震动的影响;Dobry也认为,与孔压增长密切相关的是应变而不是应力;2015年后发表在Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering的系列论文、国际会议上多次重申这一观点。2016年美国National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine的报告“State of the art and practice in the assessment of earthquake-induced soil liquefaction and its consequences”认为,该领域自1985年以来未取得新进展。Seed Dobry模型仅是经验公式,且必须将非等幅地震应力或应变时程等效为等幅谐波时程,这是至今未解决的难题。Martin模型不必要的复杂且非无条件稳定。陈国兴等近日在Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering的发表论文(https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0002057),提出了具有坚实物理意义的剪切-体积应变耦合孔压增量关系式和累积孔压-体积应变全量关系式,两个关系式既可耦联使用也可独立使用,并微分导出了体积模量方程,较之SeedMartinDobry模型,具有明显的优点,且巧妙地绕过了将非等幅地震应力或应变时程等效为等幅谐波时程的问题,并用MartinDobry等文献中的原始试验数据独立验证了新模型的广泛适用性。

 

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