基于改良型平面应变仪的砂土特性研究

平面应变试验是研究开发时间较早但仍未完全成熟的一种土力学试验。近年来该试验方法在许多新的方向中得以应用,显示其仍具有相当的重要性。回顾国内外平面应变仪的研究历程,对几种主要类型的平面应变仪各自的优缺点作了阐述,指出仍有必要进一步提高其试验精度和可靠性。以此为目的,从装置构造、量测方法、控制精度及数据整理方法等方面进行革新,开发改良型平面应变仪,并对影响试验结果的各因素进行详细深入的探讨,在此基础上对砂土试验结果进行分析,表明该试验仪的精度和可靠性。同时,以建立在该试验仪试验结果上的砂土破坏准则为依据,对应于平面应变状态下的应力关系,推导平面应变条件下的砂土强度参数与三轴条件下参数的换算关系,并与类似的关系式进行比较。

一种双轴岩石平面应变仪的改进和应用

改进制作了一种双轴岩石平面应变实验装置,并自行设计制作了侧向加力器。该装置不仅能施加合适的围压,而且能在实验过程中动态监控围压的变化。对砂岩的实验测试研究表明,这种改进后的双轴岩石平面应变仪能更好地模拟岩石平面应变的条件,具有较好的实用性。

新型卧式土工平面应变仪研制

平面应变仪是一种开发较早但至今尚不完善的一种土工试验仪器,随着国家基础设施建设的发展,平面应变试验及试验方法在许多领域得以应用,显示出了平面应变试验在工程设计和研究中的重要性。通过回顾国内外平面应变仪的发展,提出了开发一种新型的土工平面应变三轴仪的思路,以实现更科学、更精确地进行复杂应力加载条件下土平面应变试验的研究。以此为目的,从压力室结构、加载系统及控制量测系统等方面提出了相应的改善措施,开发了一种新型的土工平面三轴仪。并通过重塑黄土的平面应变试验及改进的真三轴仪平面应变试验对比、以及平面应变试验强度参数与常规三轴试验强度参数对比分析,验证了所研制的新型卧式土工平面应变仪的合理性和研制思路的正确性。最后,通过对该平面应变仪应变试验的黄土破坏特性与改进真三轴平面应变试验的黄土破坏特征的对比分析,验证了本文所开发的平面应变仪在描述土体应变局部化问题的合理性。

土工平面应变仪压力室的改进

现有的平面应变试验仪都不能很好地解决接触摩擦的问题,试验中土样与约束面板之间存在较大的摩擦力影响变形测量的准确性。在总结平面应变仪发展历程的基础上,根据加载方式将平面应变仪分为4类,分析了现有的平面应变试验仪的特点和存在的问题;介绍了一种改进的平面应变仪的压力室。改进后的压力室在前、后约束面板与土样之间分别增设一层厚约3 mm的密封水膜。在试验过程中,包裹土样的橡皮膜与密封水膜的硅胶膜紧密贴合而不直接与面板贴合,可以消除土样与面板之间的摩擦。同时,新型的压力室还可应用于土样变形数字图像测量系统,实时测量土样表面的变形分布,可以比较精确地测量土样的表面变形、剪切带的形成过程及特征。分别使用改进的压力室和未改进的压力室对福建标准砂进行平面应变试验,前者测得的应力-应变关系曲线的峰值比后者低约60%。制备相同干密度的土样分别进行不同围压条件下的三轴试验和平面应变试验测取土样的抗剪强度,使用改进压力室得到的抗剪强度参数与三轴试验测得的结果很接近,而使用未改进的压力室测得结果则明显不合理。

三轴仪改装平面应变仪的研制及应用

在国产常规三轴仪上增加一套能对土试样独立施加和量测中主应力的装量,可将仪器改装成平面应变试验仪。本文重点介绍施加及量测中主应力的侧压力系统的原理、构造和操作方法,并列举了使用该仪器得到的试验成果。这些成果显示了土在平面应变压缩条件下的应力—应变关系特性。

局部变形量测的平面应变仪及其对粘性土的试验研究

对上海两层主要粘性土层的原状土样在研制的平面应变仪上进行固结不排水平面应变压缩试验 ,量测土样的局部变形 ,研究局部化应变的发展规律 ,为研究土体剪切带的形成提供有益的试验资料。

砾石土强度和变形的平面应变试验研究

平面应变试验至今仍属于非常规试验。采用新研制的大型平面应变仪和常规三轴仪对砾石土进行了两组对比试验。由于考虑了中主应力,平面应变试验更加逼真地模拟了工程实际。试验结果表明:①平面应变试验验证了土体的非线性、应力硬化特性和剪缩性;②对于平面应变问题,实际工程在选取强度指标时,可采用稍高于三轴试验测得的强度指标;③由广义胡克定律推导的,用大主应力与中主应力算出的泊松比仅为土体固有泊松比的弹性部分。

基于平面应变试验的修正塑性功硬化软化模型

以改良型平面应变仪为基础,通过一系列平面应变和三轴压缩试验,对砂土的应力应变特性进行了研究,推导出以修正塑性功为硬化参数的本构关系。改良型平面应变仪较好地解决了加载面的摩擦及约束问题,能保证ε2的控制精度,并采用了合理的变形量测整理方法。本文提出的弹塑性模型仍以传统塑性理论为框架,其弹性特性、破坏准则、硬化参数及塑性势等均直接从试验曲线推导,以修正塑性功为硬化参数的硬化准则函数能反映硬化及软化的全过程曲线,并从试验结果推导了非关联流动准则塑性势函数。该模型结构较为清晰,参数选取规范,模型验证表明计算结果与试验结果较为吻合。

上海暗绿色粉质粘土剪切带形成的试验研究

上海暗绿色粉质粘土是上海桩基础的持力层。对这层土土样的局部化变形和剪切带形成规律的试验研究将有助于它的基本性状的深入。本文介绍改装的平面应变仪 ,并通过对该层粘土在固结不排水平面应变压缩试验结果的分析研究 。

探析砂岩在轴对称条件下的分叉

不同应力状态下岩石材料的失稳断裂破坏一直是岩石力学与工程研究的重点。本文在对岩石进行平面应变、常规三轴基础上,采用非线性分叉理论对岩石在断裂失稳过程中的局部化分叉进行了研究。根据许多岩石工程处于平面应变状态的实际情况,自行研制了岩石平面应变仪,进行岩石平面应变实验,并将平面应变实验结果和常规三轴实验结果进行比较;为研究岩石材料弹性模量的应力敏感性,进行不同围压和不同应力水平下岩石的加卸荷循环实验;根据岩石的平面应变和常规三轴实验结果,建立不同应力状态下岩石非关联弹塑性本构模型,应用变形分叉理论的声张量法推导了不同应力状态下的分叉条件。