大位移DIC方法及含孔洞砂土试样拉伸局部化带宽度观测

对数字图像相关(DIC)方法进行相关搜索时,提出将Newton-Raphson(N-R)迭代方法与粒子群优化(PSO)算法相结合并交替使用.PSO算法使粒子在搜索区域内的位置不断地发生改变,这为N-R迭代方法提供了众多的初值,N-R迭代方法在迭代过程中对位移和应变不断地进行修正.研究了粒子的最大飞行速度对粒子搜索轨迹及搜索结果准确性的影响.研究发现,对于大位移点的搜索,搜索区域及粒子的飞行速度应较大.对含孔洞的砂土试样进行了单轴压缩实验.在对一系列散斑图进行相关搜索时,以前面的搜索确定的点的变形后坐标作为后面搜索时搜索区域的中心,在不同变形破坏阶段,计算了孔洞下方一小块区域内点的位移及应变增量,观察到压应力方向上的拉伸应变局部化带.当样本子区尺寸为17像素且测点间距为1—4像素时,局部化带宽度为1.2—1.6mm.

单轴压缩湿砂土试样主应变轴偏转规律试验研究

利用自主开发的基于粒子群优化的数字图像相关方法,获得了单轴压缩湿砂土试样观测平面内主应变轴偏转角的时空分布规律。采用双三次样条插值方法,获取了任意位置的主应变轴偏转角,分析了土样将来出现剪切带位置、剪切带的中心及其尖端附近和剪切带外的主应变轴偏转角随纵向应变的演变规律。研究发现,随着纵向应变的增加,在土样观测平面内,主应变轴偏转角的范围由分散逐渐变得稳定,大部分区域最终分布在-10°~10°之间。当出现较清晰的剪切带以后（硬化阶段后期）,剪切带内不同位置处主应变轴偏转角基本趋于恒定或稍有下降,大致稳定在-5°~5°之间,这与剪切带外的点的主应变轴偏转角均处于发展之中不同;而在剪切带尖端附近的点,主应变轴偏转角随纵向应变的演变规律比较复杂。

单向压缩砂土试样应变局部化带测量及影响因素分析

【目的】研究各因素对单向压缩砂土试样应变局部化测量结果的影响,为岩土材料与剪切带相关问题的研究提供参考。【方法】利用基于牛顿-拉斐逊迭代及粒子群优化算法的数字图像相关方法,在单向压缩及应力控制加载条件下,对砂土试样的位移场和应变场进行观测,对直接计算得到的与通过对位移场微分得到的应变场的差异进行了比较,研究了子区尺寸及测点间距对计算结果的影响。【结果】欲得到分散性小的应变场结果,测点间距的取值应接近于子区尺寸;为了捕捉到清晰的应变局部化带,建议计算相邻图片的应变增量;随着载荷的增加,位移梯度带及应变局部化带的宽度有下降趋势;在压应力方向上,剪切带具有压应变局部化现象,而在垂直于压应力方向上,剪切带具有拉应变局部化现象;在宏观剪切裂纹出现之前,应变局部化带的宽度为3～5mm,与水平方向的夹角为48°～55°。【结论】测点布置过少会对应变局部化带的宽度及倾角的计算带来不利影响,子区过大虽能提高应变场的准确性,但也会高估应变局部化带的宽度。

刚性与柔性边界下砂离散元三轴试验力学特性对比分析

为更好地从细观角度探究砂的变形破坏规律,对比不同围压加载方式下离散元三轴试验模型的有效性。采用颗粒流软件(PFC),考虑刚性和柔性两种围压加载方式,对不同密实度的HST95砂土试样建立离散元三轴试验,并结合相关室内三轴试验结果,讨论两种围压加载方式下砂土试样的力学特性、变形特性和剪切破坏过程。研究结果表明:柔性围压加载条件下模拟效果更好,且对于相对密实度越大的试样,柔性围压加载方式优于刚性围压加载方式:与室内试验结果相比,柔性围压加载下的应力应变结果误差均在10%以内,刚性围压加载结果误差在7%~53%范围内;30%密实度与70%密实度试样在刚性围压加载下,20%轴向应变时体积应变分别约为室内试验结果的0.6倍和1.1倍,且大剪切应变下试样体积缩小与实际不符。柔性围压加载下两种密实度试样的体积应变误差在1%以内;柔性围压加载下的试样可以更好地还原侧向鼓胀变形下的剪切破坏特征,并揭示剪切带的形成发展过程。