本發(fā)明專利技術(shù)提供一種確定可變形約束三軸儀土樣應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的方法，屬于土木工程學(xué)科巖土工程領(lǐng)域。通過(guò)采用可變形的薄壁圓筒對(duì)試樣進(jìn)行約束，在可變形約束條件下進(jìn)行三軸壓縮試驗(yàn)。薄壁圓筒外壁印刷有標(biāo)記網(wǎng)格，通過(guò)數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù)測(cè)試薄壁在壓縮過(guò)程中的徑向(環(huán)向)變形量和軸向變形量，結(jié)合軸向位移傳感器采集的土樣軸向變形量，由此可確定土樣的應(yīng)變狀態(tài)。基于平面應(yīng)力的假設(shè)，依據(jù)胡克定律，由薄壁材料的彈性模量、泊松比與薄壁的環(huán)向應(yīng)變、軸向應(yīng)變即可確定薄壁的環(huán)向應(yīng)力，進(jìn)而可得到土樣的徑向應(yīng)力。由軸向力傳感器采集數(shù)據(jù)與土樣橫截面積確定土樣的軸向應(yīng)力。本發(fā)明專利技術(shù)給出一種確定可變形約束三軸儀土樣的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)方法，該計(jì)算方法簡(jiǎn)單可靠，能夠?yàn)榭勺冃渭s束的新型土工三軸試驗(yàn)提供支持。的新型土工三軸試驗(yàn)提供支持。的新型土工三軸試驗(yàn)提供支持。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種確定可變形約束三軸儀土樣的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)方法
[0001]本專利技術(shù)屬于土工室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試的
，尤其涉及一種確定可變形約束三軸儀土樣的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)方法。
技術(shù)介紹
[0002]側(cè)限壓縮試驗(yàn)與三軸壓縮試驗(yàn)是求解土體應(yīng)力狀態(tài)的常規(guī)室內(nèi)土工試驗(yàn)，側(cè)限試驗(yàn)是在土樣側(cè)向變形限定的條件下測(cè)試土樣的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，三軸壓縮試驗(yàn)是在側(cè)向應(yīng)力限定條件下開展的試驗(yàn)。因此，有必要對(duì)三軸土樣側(cè)向既不限定變形又不限定應(yīng)力條件下的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行研究。
[0003]無(wú)論是既有的室內(nèi)土工試驗(yàn)，還是本專利技術(shù)提出的可變形約束三軸試驗(yàn)，土樣在受到外力產(chǎn)生變形的過(guò)程中，依據(jù)力和變形的關(guān)系均可以反算出土樣的應(yīng)力應(yīng)變特性。因此，依據(jù)現(xiàn)有的應(yīng)力應(yīng)狀態(tài)的求解方法無(wú)法獲得土樣在可變形約束條件下的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)提供一種確定可變形約束三軸儀土樣的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)方法。
[0005]本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：
[0006]該方法包括以下步驟：
[0007]1)制備高度為H0的圓柱形土樣，土樣周圍表面為鋁合金材質(zhì)的薄壁圓筒，薄壁圓筒的外壁印刷有標(biāo)記網(wǎng)格；
[0008]2)將土樣放置于底座上，將土樣的上表面與加載帽相連接，并將加載帽與加載桿、軸向力傳感器相連接，并安置固定軸向位移傳感器；
[0009]3)通過(guò)薄壁圓筒表面印刷的標(biāo)記網(wǎng)格，用相機(jī)觀測(cè)土樣壓縮過(guò)程中土樣的各節(jié)點(diǎn)的變形，經(jīng)換算得到薄壁材料的環(huán)向應(yīng)變?chǔ)?br/>θ
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、軸向應(yīng)變?chǔ)?br/>z
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，土樣與薄壁緊密接觸，由于土樣為軸對(duì)稱圓柱試樣，土樣的徑向應(yīng)變?chǔ)?br/>r
與徑向應(yīng)變?chǔ)?br/>θ
相等，均與薄壁的環(huán)向應(yīng)變相同；
[0010]4)依據(jù)軸向位移傳感器測(cè)試的結(jié)果得到土樣的壓縮量Δz，根據(jù)式(1)可得到土樣的軸向應(yīng)變?chǔ)?br/>z
；
[0011][0012]5)根據(jù)平面應(yīng)力假設(shè)，基于式(2)結(jié)合薄壁材料的彈性模量E、泊松比μ可得到薄壁材料的應(yīng)力狀態(tài)；
[0013][0014]6)依據(jù)土體徑向應(yīng)力與薄壁材料環(huán)向應(yīng)力的關(guān)系式(3)可得到土樣的徑向應(yīng)力
ζ
r
；
[0015][0016]式中，δ為薄壁厚度，D為薄壁圓筒內(nèi)部直徑；
[0017]7)依據(jù)軸向力傳感器(7)測(cè)試的結(jié)果F與土樣橫截面面積A
c
得到土樣的軸向應(yīng)力ζ
z
表達(dá)式；
[0018][0019]8)依據(jù)測(cè)試及計(jì)算得到的土樣徑向應(yīng)力ζ
r
、軸向應(yīng)力ζ
z
，徑向應(yīng)變?chǔ)?br/>r
、軸向應(yīng)變?chǔ)?br/>z
，由此可確定土樣的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果是：
[0021]本專利技術(shù)通過(guò)數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù)測(cè)試薄壁在壓縮過(guò)程中的徑向(環(huán)向)變形量和軸向變形量，結(jié)合軸向位移傳感器采集的土樣軸向變形量，由此可確定土樣的應(yīng)變狀態(tài)。基于平面應(yīng)力的假設(shè)，依據(jù)胡克定律，由薄壁材料的彈性模量、泊松比與薄壁的徑向應(yīng)變、軸向應(yīng)變即可確定薄壁的環(huán)向應(yīng)力，根據(jù)薄壁環(huán)向應(yīng)力與土樣徑向應(yīng)力的關(guān)系即可確定土樣的徑向應(yīng)力，依據(jù)軸向力傳感器與土樣壓縮過(guò)程中的橫截面積即可確定土樣的軸向應(yīng)力。本專利技術(shù)給出一種確定可變形約束三軸儀土樣的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)方法，該計(jì)算方法簡(jiǎn)單可靠，能夠?yàn)榭勺冃渭s束的新型土工三軸試驗(yàn)提供支持。
[0022]一種確定可變形約束三軸儀土樣的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)方法，對(duì)于解決工程問(wèn)題和三軸儀器的研發(fā)具有重大的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。
附圖說(shuō)明
[0023]圖1為本專利技術(shù)涉及的一種確定可變形約束三軸儀土樣的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)方法原理圖；
[0024]圖2本專利技術(shù)涉及的薄壁印制標(biāo)記網(wǎng)格的薄壁圓筒；
[0025]圖中：1土樣；2薄壁圓筒；3標(biāo)記網(wǎng)格；4底座；5加載帽；6加載桿；7軸向力傳感器；8軸向位移傳感器；9相機(jī)。
具體實(shí)施方式
[0026]結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)的一種確定可變形約束三軸儀土樣的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)方法進(jìn)行說(shuō)明。
[0027]本專利技術(shù)的一種確定可變形約束三軸儀土樣的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)方法原理是：通過(guò)圖像采集裝置確定土樣的徑向應(yīng)變，依據(jù)薄壁圓筒的應(yīng)力狀態(tài)得到土樣的徑向應(yīng)力，通過(guò)軸向位移和力傳感器獲得土樣的軸向應(yīng)力和軸向應(yīng)變，進(jìn)而確定土樣的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。
[0028]一種確定可變形約束三軸儀土樣的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)方法，該方法首先制備土樣1并將土樣1裝在表面印刷有標(biāo)記網(wǎng)格3的薄壁圓筒2內(nèi)，之后依據(jù)薄壁圓筒2表面的標(biāo)記網(wǎng)格3確定土樣1在不同受力狀態(tài)下的徑向(環(huán)向)變形量，薄壁材料與土樣1的徑向(環(huán)向)變形量相一致，結(jié)合薄壁材料的彈性模量和泊松比即可確定薄壁的環(huán)向應(yīng)力，進(jìn)行確定土樣1的徑向應(yīng)力。同時(shí)根據(jù)軸向位移傳感器8和軸向力傳感器7求得土樣1的軸向應(yīng)力、軸向應(yīng)變。
[0029]根據(jù)上述原理，本專利技術(shù)一種確定可變形約束三軸儀土樣的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)方法，該方法包括以下步驟：
[0030]1)制備高度為H0的圓柱形土樣1，土樣1周圍表面為鋁合金材質(zhì)的薄壁圓筒2，薄壁圓筒2的外壁印刷有標(biāo)記網(wǎng)格3；
[0031]2)將土樣1放置于底座4上，將土樣1的上表面與加載帽5相連接，并將加載帽5與加載桿6、軸向力傳感器7相連接，并安置軸向位移傳感器8；
[0032]3)通過(guò)薄壁圓筒2表面印刷的標(biāo)記網(wǎng)格3，用相機(jī)9觀測(cè)土樣1壓縮過(guò)程中土樣1的各節(jié)點(diǎn)的變形，經(jīng)換算得到薄壁材料的環(huán)向應(yīng)變?chǔ)?br/>θ
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、軸向應(yīng)變?chǔ)?br/>z
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，土樣1與薄壁圓筒2緊密接觸，由于土樣1為軸對(duì)稱圓柱試樣，土樣1的徑向應(yīng)變?chǔ)?br/>r
與徑向應(yīng)變?chǔ)?br/>θ
相等，均與薄壁的環(huán)向應(yīng)變相同；
[0033]4)依據(jù)軸向位移傳感器8測(cè)試的結(jié)果得到土樣1的壓縮量Δz，根據(jù)式(1)可得到土樣1的軸向應(yīng)變?chǔ)?br/>z
；
[0034][0035]5)根據(jù)平面應(yīng)力假設(shè)，基于式(2)結(jié)合薄壁材料的彈性模量E、泊松比μ可得到薄壁材料的應(yīng)力狀態(tài)；
[0036][0037]6)依據(jù)土體徑向應(yīng)力與薄壁材料環(huán)向應(yīng)力的關(guān)系式(3)可得到土樣1的徑向應(yīng)力ζ
r
；
[0038][0039]式中，δ為薄壁厚度，D為薄壁圓筒內(nèi)部直徑；
[0040]7)依據(jù)軸向力傳感器(7)測(cè)試的結(jié)果F與土樣1的橫截面面積A
c
得到土樣1的軸向應(yīng)力ζ
z
表達(dá)式；
[0041][0042]8)依據(jù)測(cè)試及計(jì)算得到的土樣1的徑向應(yīng)力ζ
r
、軸向應(yīng)力ζ
z
，徑向應(yīng)變?chǔ)?br/>r
、軸向應(yīng)變?chǔ)?br/>z
，由此可確定土樣1的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。
[0043]以上所述僅為結(jié)合具體本試驗(yàn)方法進(jìn)行的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本專利技術(shù)可以有各種變化和更改。凡是基于可變形約束本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種確定可變形約束三軸儀土樣的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：1)制備高度為H0的圓柱形土樣(1)，土樣(1)周圍表面為鋁合金材質(zhì)的薄壁圓筒(2)，薄壁圓筒(2)的外壁印刷有標(biāo)記網(wǎng)格(3)；2)將土樣(1)放置于底座(4)上，將土樣(1)的上表面與加載帽(5)相連接，并將加載帽(5)與加載桿(6)、軸向力傳感器(7)相連接，并安置軸向位移傳感器(8)；3)通過(guò)薄壁圓筒(2)表面印刷的標(biāo)記網(wǎng)格(3)，用相機(jī)(9)觀測(cè)土樣(1)壓縮過(guò)程中土樣(1)的各節(jié)點(diǎn)的變形，經(jīng)換算得到薄壁材料的環(huán)向應(yīng)變?chǔ)?br/>
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：邵龍?zhí)?/a>，侯英劍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：蘇州匯才土水工程科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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