在已经完成的饱和土中短时波动问题研究成果的基础上,深入分析总结前人关于饱和土爆炸液化的宏观实验规律,并结合必要的模型和现场试验提炼出饱和土爆炸液化发生的控制因素和影响因素。然后运用有效应力原理,建立土骨架部分含剪胀(缩)的弹塑性本构关系和土体(包括水、土颗粒和封闭气体)的非线性体变关系。详细描述爆炸波传播过程中(毫秒级)、应力波传播过后短期的(秒级)以及长期的孔隙水压力和有效应力的变化过程并阐述液化诱发机理。最后用数值模拟的方法将三个过程有机地统一起来,以期系统解决饱和土中爆炸引起的波的传播问题、波与结构相互作用问题和爆炸液化问题。项目的实施无论是对分析并控制爆炸波的传播、防御和减轻爆炸地震动灾害,评估实际工程液化危害性及加固对策,还是研究土动力学的实际问题,均有重要的理论和实际意义。
本项目主要对爆炸波引起的饱和砂土液化问题进行了试验、理论和数值分析三个方面的研究工作。试验方面,主要是使用Φ900平面波加载器研究了高饱和度亚粘土和砂土中的爆炸波传播及其与刚体的相互作用规律以及孔隙水压力增长和消散规律,试验观察到了气体含量对爆炸波传播规律的重要影响,也观察到了诸如"倒衰减"现象、"内生激波"现象和刚体上"反射系数"大于2.0 等饱和土中特有的现象;理论研究方面,首先对试验现象进行了理论解释,其次对爆炸孔隙水压力进行了分类,并研究了爆炸荷载作用下饱和土中孔隙水压力的累积和消散规律,然后在此基础上构建了可以描述爆炸液化问题的饱和土本构关系和状态方程,该模型对影响饱和土爆炸液化规律的体积压缩非线性特征进行了认真的描述,也考虑了饱和土峰值强度和残余强度及其演化过程;数值分析方面,将所构建的饱和土本构关系和状态方程引入到软件FLAC和LS-DYNA中,经过对比分析得出了爆炸波传播过程中数值分析结果与试验研究结果比较一致的结论,然后系统分析了饱和土中爆炸波传播规律和孔隙水压力的增长和消散规律。最后,对爆炸液化的工程实用判别方法进行了归纳总结,以方便工程实践应用。