石英砂顆粒體材料泊松比特性研究.pdf

1、三軸試驗(yàn)是最常用的土工試驗(yàn)之一，通過測得試樣應(yīng)力和應(yīng)變的變化來推導(dǎo)土體的本構(gòu)模型參數(shù)。而局部變形數(shù)字圖像測量技術(shù)在三軸試樣變形測量中的應(yīng)用，克服了傳統(tǒng)變形測量方法的不足，提高了變形測量的精度，為土工三軸試驗(yàn)提供了全新的、更合理有效的變形測量手段。本文的研究基礎(chǔ)就是將大連理工大學(xué)環(huán)境土力學(xué)研究室自行研制開發(fā)的三軸試驗(yàn)土樣變形的數(shù)字圖像測量系統(tǒng)應(yīng)用于土工三軸試驗(yàn)，主要研究了含有石英砂顆粒體材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和泊松比特性。 通過室內(nèi)三

2、軸試驗(yàn)方法研究了石英砂顆粒體材料在小應(yīng)變條件下的應(yīng)力應(yīng)變特性。試驗(yàn)結(jié)果表明：(1)石英砂顆粒體材料在小應(yīng)變(軸向應(yīng)變?yōu)?％范圍內(nèi))條件下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系比較符合理想彈塑性模型。試樣的線性段區(qū)域很小，線性段所對應(yīng)的軸向應(yīng)變也基本在0.3％甚至更小范圍內(nèi)。(2)石英砂顆粒散粒體在極小變形條件下剪切模量很大，隨著應(yīng)變的增加，剪切模量逐漸減小。(3)石英砂顆粒散粒體的軸向變形-體積變形符合加載初期體積剪縮關(guān)系。剪縮變形部分很小，不到0.2％，與

3、彈性階段對應(yīng)，符合彈性變形規(guī)律。 另外，通過室內(nèi)三軸試驗(yàn)方法研究了循環(huán)加卸載條件下的石英砂顆粒體材料應(yīng)力-應(yīng)變及軸向、徑向和體積與時(shí)間的關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果表明：(1)石英砂顆粒體材料在第一級加卸載階段，即10N～1/4P范圍內(nèi)的的變形屬于彈性變形階段，卸載能恢復(fù)的軸向和徑向變形很小，試樣的整體變形還是表現(xiàn)為卸載體積膨脹，經(jīng)過5次加卸載循環(huán)后試樣顆粒排列組合就達(dá)到了一個(gè)相對平衡狀態(tài)。(2)石英砂顆粒體材料在第二級加卸載階段，即1/4N

4、～1/2P范圍內(nèi)的的應(yīng)力應(yīng)變曲線逐漸進(jìn)入非線性階段，這是由于隨軸向荷載增大而產(chǎn)生的試樣顆粒間滑移、滾動(dòng)和錯(cuò)位等變形所致，卸載可恢復(fù)的變形軸向，徑向和體積變形能恢復(fù)的則更少，而且隨加卸載過程的進(jìn)行，每一循環(huán)加卸載點(diǎn)之間的變形卻有減少的趨勢，這說明了顆粒間的變形趨于穩(wěn)定。(3)石英砂顆粒體材料在第三級加卸載階段，即1/2～70％P范圍內(nèi)的，顆粒之間的相對滑動(dòng)、滾動(dòng)位移變大，并且顆粒破碎程度增大，試樣的塑性變形迅速增加，試樣變形趨于穩(wěn)定的時(shí)間

5、也變長。同時(shí)試樣的軸向、徑向和體變的變化也減小，試樣也逐漸進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。(4)試樣從初始狀態(tài)分別直接加載到1/2P和70％P進(jìn)行單級循環(huán)加卸載的軸向、徑向、體積變化與時(shí)間的關(guān)系曲線中可以看到，其關(guān)系曲線中的結(jié)果與3級加卸載因?yàn)榧虞d歷史的不同而略有差異，但其關(guān)系曲線的變化趨勢基本上一致。 通過對石英砂顆粒體材料在小應(yīng)變條件下三軸試驗(yàn)和循環(huán)加卸載條件下試驗(yàn)，討論其泊松比的特性，得到以下結(jié)論：(1)石英砂顆粒體材料在小應(yīng)變條件下軸向應(yīng)

6、變-徑向應(yīng)變在加載的初期表現(xiàn)出曲線，變形一定階段后，軸向應(yīng)變和徑向應(yīng)變顯現(xiàn)出線性變化趨勢，而且不同圍壓下曲線變化規(guī)律基本保持相同。(2)石英砂顆粒體材料的泊松比在加載初期基本都是在0.1-0.3開始變化，達(dá)到0.5時(shí)的軸向應(yīng)變都很小。(3)將循環(huán)加卸載過程分成3級階段分別討論其泊松比變化情況。加載初始，泊松比從0.2-0.3之間開始，這與常規(guī)三軸試驗(yàn)結(jié)果基本一致，在達(dá)到0.5時(shí)對應(yīng)的軸向應(yīng)變很小，而后的每一級循環(huán)過程中的加卸載中，泊松比