土工三軸試驗(yàn)土樣全表面變形測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用研究

局部變形數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù)在三軸試樣變形測(cè)量中的應(yīng)用，克服了傳統(tǒng)變形測(cè)量方法的不足，提高了變形測(cè)量精度，為土工三軸試驗(yàn)提供了全新的、更合理有效的變形測(cè)量手段。本研究項(xiàng)目在已有的三軸試驗(yàn)土樣全表面變形數(shù)字圖像測(cè)量系統(tǒng)研發(fā)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)變形場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)及應(yīng)力水平場(chǎng)分布特點(diǎn)及其變化規(guī)律分析，提出了判斷土樣剪切破壞的應(yīng)力水平判別方法和應(yīng)力應(yīng)變聯(lián)合判別方法，得到剪切帶發(fā)生發(fā)展過(guò)程的定量結(jié)果。通過(guò)分析土樣的局部變形特性及不同階段的變形機(jī)理，把土樣的受力變形過(guò)程和應(yīng)力應(yīng)變曲線分成破壞前階段、破壞階段和破壞后階段。在破壞前階段，土樣各部分變形大體均勻、性質(zhì)相同，基本滿足同一應(yīng)力應(yīng)變曲線，土樣可以被看作是一個(gè)單元體。在破壞階段，土樣從某一點(diǎn)(REV)開(kāi)始出現(xiàn)破壞并逐漸發(fā)展，最后形成貫穿的剪切帶，觀測(cè)到的土樣整體的變形是剪切帶內(nèi)和剪切帶外土體變形的綜合結(jié)果。在破壞后階段，土樣的變形源于土體沿著剪切帶的滑動(dòng)，不能再據(jù)此計(jì)算土樣的“應(yīng)變”。通過(guò)一系列三軸循環(huán)荷載試驗(yàn)來(lái)研究砂土在破壞前的應(yīng)力應(yīng)變行為，特別是卸載過(guò)程中的彈性行為。研究了變形穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)卸載過(guò)程中的彈性參數(shù)特征，結(jié)果表明，卸載切線模量由應(yīng)力狀態(tài)及孔隙比決定，而不受循環(huán)荷載幅值的影響，在確定的圍壓下施加偏應(yīng)力增量時(shí)彈性模量只與軸向應(yīng)力有關(guān)；卸載平均泊松比也受應(yīng)力狀態(tài)及孔隙比的影響。定義了描述土樣損傷發(fā)育程度的損傷變量，建立了土樣的剪切損傷演化方程。將孔隙組構(gòu)張量理論引入熱力學(xué)框架，建立了考慮組構(gòu)張量及其演變模式影響的土體本構(gòu)方程，從修正劍橋模型的各向同性模型自動(dòng)演化到能考慮剪切破壞特性影響的各向異性模型的增量耗散函數(shù)。提出了一種全新的土體剪切帶擴(kuò)展準(zhǔn)則，并且把擴(kuò)展準(zhǔn)則表述為一個(gè)數(shù)學(xué)上的優(yōu)化問(wèn)題。將該模型嵌入商業(yè)有限元軟件abaqus，實(shí)現(xiàn)了對(duì)土體剪切帶的擴(kuò)展過(guò)程模擬。研究意義在于充分發(fā)揮了土樣變形測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，并用測(cè)試手段的創(chuàng)新，帶動(dòng)了土的本構(gòu)理論研究的創(chuàng)新。 2100433B

局部變形數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù)在三軸試樣變形測(cè)量中的應(yīng)用，克服了傳統(tǒng)變形測(cè)量方法的不足，提高了變形測(cè)量精度，為土工三軸試驗(yàn)提供了全新的、更合理有效的變形測(cè)量手段。本項(xiàng)研究將在已有的三軸試驗(yàn)土樣全表面變形數(shù)字圖像測(cè)量系統(tǒng)研發(fā)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)變形場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)分布特點(diǎn)及其變化規(guī)律分析，研究土樣的局部應(yīng)變特征，探索局部變形數(shù)據(jù)在整理土樣強(qiáng)度和變形參數(shù)方面應(yīng)用的新思路；通過(guò)對(duì)全表面應(yīng)變場(chǎng)、應(yīng)變梯度場(chǎng)及應(yīng)力水平場(chǎng)等的分析，研究了剪切破壞的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程，并探討剪切帶帶寬、厚度及剪破角等的影響因素。在熱力學(xué)的框架內(nèi)引入結(jié)構(gòu)因子，通過(guò)結(jié)構(gòu)因子的發(fā)展變化來(lái)描述土體剪切破壞的發(fā)展過(guò)程和發(fā)展機(jī)理，采用混合遺傳算法來(lái)反演未知參數(shù)。最后，將該模型嵌入商業(yè)有限元軟件，對(duì)實(shí)際工程項(xiàng)目進(jìn)行分析以驗(yàn)證該模型的有效性。研究意義在于充分發(fā)揮土樣變形測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，并用測(cè)試手段的創(chuàng)新，帶動(dòng)土的本構(gòu)理論研究的創(chuàng)新。

利用三軸試驗(yàn)土樣變形數(shù)字圖像測(cè)量系統(tǒng)，開(kāi)展基于局部變形測(cè)量結(jié)果的土體應(yīng)力應(yīng)變特性研究，與整體變形的測(cè)量結(jié)果對(duì)比分析，確定土樣端部約束的影響范圍、約束效應(yīng)對(duì)土體應(yīng)力應(yīng)變特性的影響程度。選用經(jīng)典非線性彈性模型和彈塑性模型，針對(duì)代表性土類(lèi)開(kāi)展應(yīng)力應(yīng)變特性研究，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和模型的特點(diǎn)，對(duì)模型本身和模型參數(shù)整理方法進(jìn)行改進(jìn)使之更接近和如實(shí)反映土體應(yīng)力應(yīng)變特性。利用三軸土樣圖像測(cè)量局部變形和傳統(tǒng)測(cè)量整體數(shù)據(jù)，分析泊松比的變化規(guī)律及取值對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，研究土體泊松比參數(shù)的試驗(yàn)方法和數(shù)值分析取值依據(jù)。從彈塑性模型出發(fā)，研究砂土材料在加卸載過(guò)程中的變形特性，分析顆粒破碎等物態(tài)變化對(duì)砂土應(yīng)力應(yīng)變影響，定量研究加載體脹和卸載體縮規(guī)律。 2100433B

土工試驗(yàn)壓樣法，將根據(jù)環(huán)刀容積和要求干密度所需質(zhì)量的濕土倒入裝有環(huán)刀的壓樣器內(nèi)，以靜壓力通過(guò)活塞將土樣壓緊到所需密度。

參考資料 2100433B