循环软化

深水能源的开发已成为中国海洋发展战略的关键。深水环境中，用于支撑海洋平台的各类锚固基础一般需建在海底软弱黏土地基上，因此，研究风、浪等循环荷载作用下软黏土地基的工作性状显得尤为重要。大量研究表明，循环荷载作用下软黏土发生刚度软化并导致强度降低，且软化程度与循环次数、循环应力水平、初始偏应力等有关，并受超固结比、主应力方向、应变速率、振动频率等多种因素的影响。土动力试验结果表明：循环应力作用下，软土软化特性表现为随循环次数增加，应力-应变滞回曲线的剪切模量逐渐减小，循环变形逐渐增大，当存在初始静偏应力时，还伴随着塑性应变的累积。

描述循环软化特性模型的基本关系

描述循环软化特性模型的基本关系主要包括：（1）描述土破坏的边界面方程；（2）考虑循环软化与滞回特性的硬化模量演化规则；（3）描述刚度弱化特性的循环软化关系；（4）增量弹塑性应力-应变关系。

循环软化关系

静偏应力与循环偏应力共同作用下的软土试验结果表明，当循环应力不发生应力反向时，土的刚度软化现象并不明显；否则，土将产生明显的刚度软化现象。且循环应力相对于静偏应力比值越大，应力反向越明显，软化现象也就越严重。上述软化关系的引入主要为反应有应力反向时土体刚度软化特性。

在荷载的作用下，基体和增强体之间呈现出远比天然地基复杂的相互作用。对水泥土桩复合地基的工作机理，目前还没有统一的认识，对于水泥土的动力特性的研究更少。循环荷载作用下，饱和软粘土将产生刚度软化现象，循环软化特性是研究软土动力特性的一个重要指标。水泥土是否也具有软化现象，各影响因素对循环软化的影响程度如何，是目前国内外学者研究尚少的一个重要问题。

（1）随着应变的增加，水泥土复合土动弹模量逐渐减小，说明水泥土也同样存在软化现象。掺入水泥后的土样的动力特性有了很大程度的改善，随着水泥掺入比的增加，复合土样动弹模量增加。循环应力的大小对动弹模量-应变关系曲线影响并不显著；

（2）随着循环次数增加，软化指数逐渐减少，复合土体软化程度提高。随着循环应力的增加，在相同的循环次数下，软化指数逐渐减少；

（3）对应于相同的循环次数与循环应力，随着水泥掺入比的增加土体的软化指数增加，这证明水泥掺入比的增加将显著提高复合土体的强度。对于水泥土复合土样，软化指数与N之间表现为明显的线性关系。

在低周疲劳的循环加载初期，材料对循环加载的响应是一个由不稳定向稳定过渡的过程。此过程可分别用应力控制下的应变-时间曲线和应变控制下的应力-时间曲线描述。循环硬化是材料在循环过程中变形抗力不断提高、应变逐渐减小的现象。循环软化则是材料在循环过程中变形抗力不断减小而应变逐渐增加的现象。

我国是一个多山地、多地震国家，山区基础设施建设形成大量高填方边坡，不断发生的强烈地震严重威胁边坡稳定和基础设施安全。地震引起边坡应力波动传播、土体循环软化，导致边坡局部发生张拉和剪切破坏，并扩展为拉裂缝和剪切带并存的贯通滑裂面，触发边坡失稳滑坡。本项目首先试验研究地震作用下土与滑裂面的循环软化规律，确定滑裂面产生与扩展准则，建立基于连续变形的土体本构模型和基于非连续变形的滑裂面本构模型。在此基础上，提出模拟滑裂面产生和扩展过程的连续-非连续变形动力有限元分析理论及相应的求解算法，构建边坡地震响应数值分析平台。结合数值模拟和超重力离心模型试验，再现地震作用下边坡失稳滑坡过程，揭示高填方边坡地震响应动力特征、失稳模式及其触发机制，分析边坡结构形式、地震波时频特性等对地震稳定性的影响规律。最后，基于连续-非连续变形分析，提出边坡地震稳定安全系数分析方法，为高填方边坡地震稳定性评价提供技术支撑。

（1）单调反复荷载下的塑性变形累积使道床受挤压，密实度增大，残余位移与卸载点处位移比值随重复荷载次数线性减小，散粒体道床逐渐趋向弹性状态。重复加卸载作用下残余塑性变形的累积会影响道床的传力能力，即同等位移条件下的道床纵向承载能力增加。

（2）散粒体道床在周期性荷载作用下的卸载曲线与加载曲线不重合，形成一条闭合的滞回曲线，存在明显的能耗现象；随循环周次的增加，道床体现出循环软化特性，纵向承载能力下降。对于始终处于拉伸 － 压缩往复变化状态的道床而言，应考虑纵向往复荷载作用下道床阻力 － 位移曲线的软化效应，在进行无缝线路设计计算时，若严格按照现有规范取值，将会高估道床的纵向传力能力。

（3）位移幅值对周期性荷载作用下道床纵向阻力性能影响明显，当循环位移幅值较大时，道床受扰动较大。无缝线路设计理论仅是考虑理想弹塑性阻力，对于大塑性变形后阻力变化、大温差循环变化等问题的分析，应分段、分区域考虑线路阻力非线性滞回特性。