土工三軸試驗土樣全表面變形測量系統的套用研究

《土工三軸試驗土樣全表面變形測量系統的套用研究》是依託大連理工大學,由郭曉霞擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：土工三軸試驗土樣全表面變形測量系統的套用研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郭曉霞

項目摘要

局部變形數字圖像測量技術在三軸試樣變形測量中的套用，克服了傳統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字圖像測量系統研發的基礎上，通過對變形場和應變場分布特點及其變化規律分析，研究土樣的局部應變特徵，探索局部變形數據在整理土樣強度和變形參數方面套用的新思路；通過對全表面應變場、應變梯度場及應力水平場等的分析，研究了剪下破壞的發生和發展過程，並探討剪下帶頻寬、厚度及剪破角等的影響因素。在熱力學的框架內引入結構因子，通過結構因子的發展變化來描述土體剪下破壞的發展過程和發展機理，採用混合遺傳算法來反演未知參數。最後，將該模型嵌入商業有限元軟體，對實際工程項目進行分析以驗證該模型的有效性。研究意義在於充分發揮土樣變形測量的優勢，並用測試手段的創新，帶動土的本構理論研究的創新。

結題摘要

局部變形數字圖像測量技術在三軸試樣變形測量中的套用，克服了傳統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字圖像測量系統研發的基礎上，通過對變形場、應變場及應力水平場分布特點及其變化規律分析，提出了判斷土樣剪下破壞的應力水平判別方法和應力應變聯合判別方法，得到剪下帶發生髮展過程的定量結果。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力應變曲線分成破壞前階段、破壞階段和破壞後階段。在破壞前階段，土樣各部分變形大體均勻、性質相同，基本滿足同一應力應變曲線，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)開始出現破壞並逐漸發展，最後形成貫穿的剪下帶，觀測到的土樣整體的變形是剪下帶內和剪下帶外土體變形的綜合結果。在破壞後階段，土樣的變形源於土體沿著剪下帶的滑動，不能再據此計算土樣的“應變”。通過一系列三軸循環荷載試驗來研究砂土在破壞前的應力應變行為，特別是卸載過程中的彈性行為。研究了變形穩定狀態時卸載過程中的彈性參數特徵，結果表明，卸載切線模量由應力狀態及孔隙比決定，而不受循環荷載幅值的影響，在確定的圍壓下施加偏應力增量時彈性模量只與軸向應力有關；卸載平均泊松比也受應力狀態及孔隙比的影響。定義了描述土樣損傷發育程度的損傷變數，建立了土樣的剪下損傷演化方程。將孔隙組構張量理論引入熱力學框架，建立了考慮組構張量及其演變模式影響的土體本構方程，從修正劍橋模型的各向同性模型自動演化到能考慮剪下破壞特性影響的各向異性模型的增量耗散函式。提出了一種全新的土體剪下帶擴展準則，並且把擴展準則表述為一個數學上的最佳化問題。將該模型嵌入商業有限元軟體abaqus，實現了對土體剪下帶的擴展過程模擬。研究意義在於充分發揮了土樣變形測量的優勢，並用測試手段的創新，帶動了土的本構理論研究的創新。