基于數(shù)字圖像測量的非飽和壓實土應(yīng)力-應(yīng)變特性研究.pdf

1、基于亞像素角點(diǎn)檢測的數(shù)字圖像測量方法在三軸試驗試樣變形測量中的應(yīng)用，為三軸試驗試樣變形測量提供了一項新方法，該方法通過捕捉跟蹤角點(diǎn)的位移對試樣變形進(jìn)行測量，測量結(jié)果能夠達(dá)到較高的亞像素精度(0.02 像素)，精度分析結(jié)果表明應(yīng)變測量精度可以達(dá)到10<'-4>數(shù)量級。應(yīng)用該方法能夠更加準(zhǔn)確地測量飽和土和非飽和土三軸試驗試樣的局部變形，進(jìn)而深入研究土在三軸應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力-應(yīng)變特性。同時，還可以利用其獨(dú)特的測量機(jī)理，獲取相當(dāng)于將試樣表面離散

2、化的變形試驗數(shù)據(jù)，計算出三軸試樣的表面應(yīng)變場對三軸試樣的變形性質(zhì)進(jìn)行研究。 在控制吸力條件下的非飽和壓實土三軸試驗中應(yīng)用基于亞像素角點(diǎn)檢測的數(shù)字圖像測量方法，使非飽和壓實土三軸試驗試樣的局部變形測量更加簡便，同時克服了接觸式傳感器會對試樣產(chǎn)生徑向約束、測量截面少等不足，提高了局部變形測量的精度。由于受到端部約束的影響，測量非飽和壓實土試樣整體變形的試驗結(jié)果相對真實情況而言強(qiáng)度被提高，變形能力被降低，由此獲得的試驗數(shù)據(jù)不能夠真實地

3、反映非飽和土的強(qiáng)度和變形性質(zhì)。通過比較控制吸力條件下非飽和壓實土三軸試驗中試樣整體與試樣中部1/3區(qū)域的試驗結(jié)果，證明測量試樣中部1/3區(qū)域受端部約束的影響較小，其試驗結(jié)果更能代表非飽和土的基本受力變形特性，對于研究非飽和土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可以提供更為可靠的試驗數(shù)據(jù)。采用雙應(yīng)力狀態(tài)變量強(qiáng)度理論系統(tǒng)分析了試樣的抗剪強(qiáng)度，結(jié)果表明端部約束對抗剪強(qiáng)度公式的參數(shù)取值有較大影響。應(yīng)用非飽和土 Alonso 彈塑性模型研究探討了模型參數(shù)取值對非飽和

4、土數(shù)值計算結(jié)果的影響，使用包含端部約束影響的試樣整體變形確定的模型參數(shù)進(jìn)行有限元數(shù)值計算將產(chǎn)生誤差，同時也高估了非飽和土體的強(qiáng)度。 在常吸力的各向等壓壓縮試驗中，試樣整體與試樣中部 1/3 區(qū)域的變形測量結(jié)果趨勢一致，同一平均凈應(yīng)力下前者變形小于后者；前者的屈服應(yīng)力值大于后者，二者的屈服應(yīng)力都是隨著吸力的增加而增大。由試樣整體與試樣中部 1/3 區(qū)域變形確定的 LC 屈服曲線模型參數(shù)差別較大，試驗值和模型計算的p-s平面LC屈服

5、曲線的形式也存在差別，前者的彈性區(qū)域明顯大于后者。針對 Alonso 模型中 LC 屈服軌跡方程中存在的計算結(jié)果與試驗結(jié)果誤差較大以及存在不具有普遍意義的假設(shè)的問題，基于局部變形試驗結(jié)果深入研究了 LC 屈服軌跡方程的合理形式。 在一系列常吸力的非飽和壓實土三軸剪切試驗中，應(yīng)用數(shù)字圖像測量方法測量試樣中部1/3區(qū)域的強(qiáng)度及變形的試驗結(jié)果表明：吸力對非飽和土抗剪強(qiáng)度的提高有重要影響，抗剪強(qiáng)度隨著吸力的增加而增加?；诰植孔冃螠y量的

6、常吸力非飽和壓實土三軸剪切試驗結(jié)果，全面描述了非飽和土p-q-s三維應(yīng)力空間中臨界狀態(tài)面的合理形態(tài)：在p-q平面，臨界狀態(tài)線斜率 M 是與吸力無關(guān)的物理量；臨界狀態(tài)面與 LC 屈服面交線在三維應(yīng)力空間中是一條存在極值的曲線；該交線在p-s平面的投影曲線在三軸壓縮應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)位于第一象限；該交線在q-s平面的投影曲線應(yīng)存在漸近線；反映凝聚力與吸力關(guān)系的函數(shù)曲線也應(yīng)存在漸近線。修正了 Alonso 模型中臨界狀態(tài)線的表達(dá)式，驗證了其合理性。

7、依據(jù)局部變形試驗結(jié)果繪制的塑性體應(yīng)變等值面形狀為水滴形，并針對非飽和土Alonso 彈塑性模型的不足，將水滴形屈服面擴(kuò)展到非飽和土中，提出了非飽和土水滴形屈服面函數(shù)，采用相關(guān)聯(lián)的流動法則，應(yīng)用合理的 LC 屈服軌跡方程和臨界狀態(tài)線的修正表達(dá)式，結(jié)合對偶應(yīng)力硬化理論改進(jìn)了模型，改進(jìn)模型的計算結(jié)果與原模型及試驗結(jié)果的對比表明，改進(jìn)模型能夠較好地對控制吸力條件下的非飽和土三軸壓縮試驗進(jìn)行模擬，其結(jié)果與試驗結(jié)果吻合得較好，優(yōu)于原模型，進(jìn)而驗證了