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基于三轴试样局部变形测量的土体应力应变特性研究

孙益振  
【摘要】:局部变形数字图像测量技术在三轴试样变形测量中的应用,克服了传统变形测量方法的不足,提高了变形测量的精度,为土工三轴试验提供了全新的、更合理有效的变形测量手段。本文对局部变形测量条件下土体的变形特性进行了试验研究。 分析了不同因素造成的测量误差,提出了相应的消除或减小误差的方法。在测量系统的正常使用条件下,系统的精度可以达到理论精度,满足试样变形高精度测量的要求。 利用三轴试样变形图像测量系统开展了膜嵌入问题研究。选取Duncan-Chang模型、剑桥模型与南水模型,并以Duncan-Chang模型为主对基于局部变形测量结果的土体应力应变特性进行了分析。通过对模型参数确定方法的研究,分析了局部变形与整体测量方法得出的参数产生差异的原因及对计算结果的影响。由于测量方式和测量部位的不同,Duncan-Chang模型中反映初始弹性模量与初始体积模量的参数K、n和K_b、m的差别很大,特别是K和K_b值;南水模型中由局部变形测量结果得出的R_d、c_d、d与传统整体变形计算的结果存在很大差异;剑桥模型中参数λ、κ也因体积测量结果及变化规律的不同而有成倍的差异。由存在差异的参数计算土体变形的结果也不同。 土体泊松比是反映土体侧向变形的重要参数。通过对泊松比试验结果进行的分析,得出了泊松比的变化规律:轴向应变~径向应变关系曲线的变化规律在各围压条件下仍保持基本相同,切线泊松比在加载初期从0.2~0.3开始变化,达到0.5时的径向变形很小。图像测量局部变形的切线泊松比变化比传统测量整体变形的快,其值也比传统测量整体变形的结果大。随主应力比的增加,切线泊松比随之增加,当土体主应力比达到一定范围后,切线泊松比的值大于0.5,建立泊松比与主应力比之间的关系更符合泊松比取值规律。 分析了砂性材料三轴循环加卸载试验结果,由于颗粒骨架的结构性,加载达到一定荷载后,只要试样体积出现膨胀,卸载就会出现体缩。随着密度、加载范围的增大,卸载体缩现象越明显,卸载体缩现象减退所需要的加卸载循环次数越多。多次加卸载循环后,颗粒的滑移、滚动和破碎等结构性变形最终将完全消除。


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