土工三軸試驗土樣全表面變形測量系統(tǒng)的應(yīng)用研究結(jié)題摘要

局部變形數(shù)字圖像測量技術(shù)在三軸試樣變形測量中的應(yīng)用，克服了傳統(tǒng)變形測量方法的不足，提高了變形測量精度，為土工三軸試驗提供了全新的、更合理有效的變形測量手段。本研究項目在已有的三軸試驗土樣全表面變形數(shù)字圖像測量系統(tǒng)研發(fā)的基礎(chǔ)上，通過對變形場、應(yīng)變場及應(yīng)力水平場分布特點及其變化規(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)展過程的定量結(jié)果。通過分析土樣的局部變形特性及不同階段的變形機理，把土樣的受力變形過程和應(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單元體。在破壞階段，土樣從某一點(REV)開始出現(xiàn)破壞并逐漸發(fā)展，最后形成貫穿的剪切帶，觀測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，不能再據(jù)此計算土樣的“應(yīng)變”。通過一系列三軸循環(huán)荷載試驗來研究砂土在破壞前的應(yīng)力應(yīng)變行為，特別是卸載過程中的彈性行為。研究了變形穩(wěn)定狀態(tài)時卸載過程中的彈性參數(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展準則，并且把擴展準則表述為一個數(shù)學(xué)上的優(yōu)化問題。將該模型嵌入商業(yè)有限元軟件abaqus，實現(xiàn)了對土體剪切帶的擴展過程模擬。研究意義在于充分發(fā)揮了土樣變形測量的優(yōu)勢，并用測試手段的創(chuàng)新，帶動了土的本構(gòu)理論研究的創(chuàng)新。 2100433B

局部變形數(shù)字圖像測量技術(shù)在三軸試樣變形測量中的應(yīng)用，克服了傳統(tǒng)變形測量方法的不足，提高了變形測量精度，為土工三軸試驗提供了全新的、更合理有效的變形測量手段。本項研究將在已有的三軸試驗土樣全表面變形數(shù)字圖像測量系統(tǒng)研發(fā)的基礎(chǔ)上，通過對變形場和應(yīng)變場分布特點及其變化規(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)在整理土樣強度和變形參數(shù)方面應(yīng)用的新思路；通過對全表面應(yīng)變場、應(yīng)變梯度場及應(yīng)力水平場等的分析，研究了剪切破壞的發(fā)生和發(fā)展過程，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，通過結(jié)構(gòu)因子的發(fā)展變化來描述土體剪切破壞的發(fā)展過程和發(fā)展機理，采用混合遺傳算法來反演未知參數(shù)。最后，將該模型嵌入商業(yè)有限元軟件，對實際工程項目進行分析以驗證該模型的有效性。研究意義在于充分發(fā)揮土樣變形測量的優(yōu)勢，并用測試手段的創(chuàng)新，帶動土的本構(gòu)理論研究的創(chuàng)新。

利用三軸試驗土樣變形數(shù)字圖像測量系統(tǒng)，開展基于局部變形測量結(jié)果的土體應(yīng)力應(yīng)變特性研究，與整體變形的測量結(jié)果對比分析，確定土樣端部約束的影響范圍、約束效應(yīng)對土體應(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，針對代表性土類開展應(yīng)力應(yīng)變特性研究，根據(jù)試驗結(jié)果和模型的特點，對模型本身和模型參數(shù)整理方法進行改進使之更接近和如實反映土體應(yīng)力應(yīng)變特性。利用三軸土樣圖像測量局部變形和傳統(tǒng)測量整體數(shù)據(jù)，分析泊松比的變化規(guī)律及取值對計算結(jié)果的影響，研究土體泊松比參數(shù)的試驗方法和數(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程中的變形特性，分析顆粒破碎等物態(tài)變化對砂土應(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)，以靜壓力通過活塞將土樣壓緊到所需密度。

參考資料 2100433B