土体剪切带变形特性试验及数值模拟研究

发布时间：2021-11-22 21:17

　　岩土体的渐进破坏是岩土工程学界的热门研究内容,应变局部化是渐进破坏的重要表现形式,其主要特点表现为初始的连续均匀的变形逐渐演变成为快速变化的、具有明显位移梯度的变形,并且这种不连续现象往往是从试样的某一个区域内开始萌生、扩展的,发生剧烈变形区域局限于近似平行的具有一定宽度的狭窄带中,这条带状区域就是我们所说的剪切带。本文借助具有数字图像测量系统的平面应变仪分别对超固结粘土和不同密实度的干砂进行了CU试验以及CD试验。通过数字图像测量技术捕捉到的试样表面实时的应变场以及各个角点的应变信息追踪剪切带的演化过程。对粘土及砂土的应力应变曲线分析后发现两者均有不同程度的软化现象,粘土软化主要受先期固结压力的影响,砂土的相对密实度越大时其软化效果越明显。同一围压及粒径下,不同相对密实度砂土具有相同的残余强度。粘土与砂土具有相似的局部变形特性,初始阶段各点的变形基本重合;随着轴向位移增加,各点的应变开始分叉,此时试样的整体应变还维持在一个很小的水平,但是局部化现象已经开始发生;当轴向位移增加到一定阶段后,带内点和带外点呈现不同的变形趋势,局部化带内的点应变继续增加,带外的点的应变基本不变,局部化带内... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 理论研究
        1.2.2 试验研究
        1.2.3 数值模拟研究
    1.3 本文主要工作
2 试验设备及试验方法介绍
    2.1 平面应变仪
        2.1.1 数值图像测量系统
        2.1.2 压力室
        2.1.3 加载系统
        2.1.4 附属设备
    2.2 平面应变试验原理
    2.3 试样制备、试验操作步骤以及后处理
        2.3.1 试样制备
        2.3.2 试验步骤
        2.3.3 后处理
    2.4 结论
3 土体平面应变试验研究
    3.1 引言
    3.2 粘土平面应变试验
        3.2.1 试验土样
        3.2.2 试样的制备
        3.2.3 试样装样
        3.2.4 试验方案
        3.2.5 试验曲线分析
        3.2.6 粘土局部变形特性分析
    3.3 砂土平面应变试验
        3.3.1 试验土样
        3.3.2 试验方案
        3.3.3 试验曲线分析
        3.3.4 砂土局部变形特性分析
        3.3.5 砂土体积变形特性分析
    3.4 小结
4 粘土剪切带变形特性研究
    4.1 引言
    4.2 剪切带形成过程分析
    4.3 剪切带起始时刻及完全形成时刻的应变判别法
        4.3.1 剪切带起始时刻的判别
        4.3.2 剪切带完全形成时刻的判别
    4.4 剪切带内部剪胀特性分析
        4.4.1 剪胀形成机理分析
        4.4.2 粘土剪切带内部局部剪胀特性分析
    4.5 剪切带倾角及宽度特性分析
        4.5.1 剪切带破坏模式
        4.5.2 剪切带倾角的理论推导及试验验证
        4.5.3 剪切带宽度
    4.6 粘土局部变形与其屈服的内在联系
        4.6.1 粘土不排水强度与屈服
        4.6.2 变形分叉与土体屈服的联系
    4.7 小结
5 砂土剪切带变形特性分析
    5.1 砂土剪切带破坏模式
    5.2 砂土剪切带形成过程分析
    5.3 砂土剪切带内部剪胀特性分析
    5.4 砂土剪切带倾角及宽度
        5.4.1 砂土剪切带倾角
        5.4.2 砂土剪切带带宽
    5.5 小结
6 平面应变试验剪切带的数值模拟
    6.1 引言
    6.2 剪切层问题的应变局部化分析
    6.3 平面应变数值模型的建立及计算结果分析
        6.3.1 数值模型的建立
        6.3.2 局部变形特性分析
        6.3.3 剪切带起始时刻判别法的数值验证
        6.3.4 等效应变形成过程分析
        6.3.5 剪胀角对平面应变模型模拟结果的影响
    6.4 小结
7 结论与展望
    7.1 结论
        7.1.1 粘土及砂土平面应变试验成果
        7.1.2 数值模拟成果
    7.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文及获奖情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于数字图像相关方法的单轴压缩黏土试样剪切带剪胀实验研究[J]. 王学滨,白雪元,张博闻,侯文腾.  工程地质学报. 2018(04)
[2]土工平面应变仪压力室的改进[J]. 邵龙潭,阎崇超,曾飞涛.  岩土力学. 2017(05)
[3]减围压平面应变压缩试验条件下丰浦砂中剪切带特性研究[J]. 庄丽,宫全美.  岩土力学. 2016(S1)
[4]平面应变条件下粗粒土的变形特性试验研究[J]. 施维成,朱俊高,张坤勇,余挺.  岩土力学. 2013(01)
[5]基于参变量变分原理的三维Cosserat体模型弹塑性分析与应变局部化模拟[J]. 解兆谦,张洪武,陈飙松.  工程力学. 2012(12)
[6]ABAQUS中剪胀角的选取探讨[J]. 郝明辉,陈厚群,张艳红.  水利学报. 2012(S1)
[7]强间断分析方法在土工结构物渐进破坏过程中的应用[J]. 郑利涛,胡志强,唐洪祥.  岩土力学. 2012(09)
[8]梯度塑性理论的计算方法与应用[J]. 杜修力,侯世伟,路德春,梁国平,安超.  岩土工程学报. 2012(06)
[9]岩土材料在非关联流动法则下剪胀角选取探讨[J]. 孔位学,芮勇勤,董宝弟.  岩土力学. 2009(11)
[10]Cosserat连续体模型中本构参数对应变局部化模拟结果影响的数值分析[J]. 唐洪祥,李锡夔.  计算力学学报. 2008(05)

博士论文
[1]基于全表面测量的三轴土样剪切破坏过程研究[D]. 刘港.大连理工大学 2017
[2]基于Cosserat连续体模型的应变局部化有限元模拟[D]. 唐洪祥.大连理工大学 2007

硕士论文
[1]粘土与砂土的剪切带破坏试验与变形特性分析[D]. 杜涛.大连理工大学 2017
[2]砂土平面应变试验研究[D]. 张丽娟.大连理工大学 2015



本文编号：3512460