全文摘要
本发明涉及岩土工程试验研究技术领域，公开了受荷地基塑性区动态发展的非接触式模型试验观测方法，基于粒子图像测速技术(PIV)获得模型试验中地基在不同荷载作用下的位移场，再将位移场转换成相应的剪应变场，最后通过分析不同荷载作用下最大剪应变场的变化情况来确定地基塑性区的动态发展规律。本发明首次提出了通过模型试验确定受荷地基塑性区动态发展的观测方法，并根据分级加载的地基塑性区模型试验，利用粒子图像测速技术确定位移场，再通过二次分析确定地基塑性区的动态发展规律；测试中采用非接触式模型试验，排除了试验过程中地基土体的人工扰动，减少常规方法中后期数据处理工作，显著提高效率。
主设计要求
1.受荷地基塑性区动态发展的非接触式模型试验观测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、制作至少有一个侧面为透明板的模型槽(1)，取地基受荷区的土体作为试验土(2)装入模型槽(1)内，并分层压实至与地基受荷区的土体相同的压实度；S2、在模型槽(1)内的试验土(2)上逐级施加均布荷载，按照拟定加载分级次数及各级加载大小，开展模型试验；S3、缓慢均匀地施加第一级荷载P1，同时采用高清相机以一定时间间隔拍照记录分析区域内的土体变形过程，并基于PIV技术对地基土体变形照片进行分析，得到在P1加载过程中的各时间段内土体相对于参照点的位移场；S4、根据位移场构建三节点应变计算单元，并通过插值计算出三节点应变单元的节点位移；单元的三个节点坐标用(xi,yi),(xj,yj),(xm,ym)表示，三个节点对应位移分别用(ui,vi),(uj,vj),(um,vm)表示，按下式计算三节点应变单元的应变场εx,εy,γxy；式中：A为三个节点所围成的面积，S5、根据S4步骤中获得的各三节点应变单元正应变和剪应变εx,εy,γxy，按下式计算分析区域内各三节点应变单元在该时间段内的主应变ε1,ε2和最大剪应变γmax：S6、重复第S4-S5步骤，直到第一级荷载P1加载过程中所有时间段的应变单元最大剪应变γmax计算完成；判断分析区域内每一个应变单元的最大剪应变γmax是否发生突变，并记录相应单元发生突变时的时间段，满足以下条件则认为发生该单元最大剪应变发生突变；式中：γi,max为在第i个时间段内应变单元的最大剪应变γmax；S7、搜索最大剪应变γmax发生突变的应变单元，采用最小二乘法将该时间段内发生突变的应变单元中心坐标拟合成闭合曲线，该曲线所围区域即为该时间段的地基塑性区；S8、将塑性区进行并集处理，则处理后所得的区域即为P1荷载作用下的地基塑性区Area1；S9、重复S3-S8步骤，分别进行分级荷载P2、P3、P4…PN施加，直至全部分级荷载施加完成或者地基失稳破坏无法继续施加荷载，得到对应荷载下的地基塑性区Area2、Area3、Area4…AreaN；S10、按分级加载顺序匹配地基所受荷载Pi与地基塑性区Areai，即可得到地基塑性区随分级荷载施加的动态发展过程。
设计方案
1.受荷地基塑性区动态发展的非接触式模型试验观测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制作至少有一个侧面为透明板的模型槽(1)，取地基受荷区的土体作为试验土(2)装入模型槽(1)内，并分层压实至与地基受荷区的土体相同的压实度；
S2、在模型槽(1)内的试验土(2)上逐级施加均布荷载，按照拟定加载分级次数及各级加载大小，开展模型试验；
S3、缓慢均匀地施加第一级荷载P1<\/sub>，同时采用高清相机以一定时间间隔拍照记录分析区域内的土体变形过程，并基于PIV技术对地基土体变形照片进行分析，得到在P1<\/sub>加载过程中的各时间段内土体相对于参照点的位移场；
S4、根据位移场构建三节点应变计算单元，并通过插值计算出三节点应变单元的节点位移；单元的三个节点坐标用(xi<\/sub>,yi<\/sub>),(xj<\/sub>,yj<\/sub>),(xm<\/sub>,ym<\/sub>)表示，三个节点对应位移分别用(ui<\/sub>,vi<\/sub>),(uj<\/sub>,vj<\/sub>),(um<\/sub>,vm<\/sub>)表示，按下式计算三节点应变单元的应变场εx<\/sub>,εy<\/sub>,γxy<\/sub>；
设计说明书
技术领域
本发明涉及岩土工程试验研究技术领域，具体涉及受荷地基塑性区动态发展的非接触式模型试验观测方法。
背景技术
粒子图像测速技术(PIV)，是上世纪70年代末发展起来的一种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法。White将该技术改进后用于岩土试验中土体的无接触式变形测量；该技术使用高清数码相机实时连续拍摄系列照片，并对所有照片进行数字化处理，通过连续分析相继两帧数字图像，从而获得土体内部的量化位移场。
目前，对于地基塑性区的分析，均是在理论推导的基础上确定的，即基于理想弹塑性理论和土体破坏准则推导出地基塑性区的边界方程，根据边界方程绘制出塑性区边界轨迹，从而确定塑性区。但现有的理论推导均假设土体是均匀且各向同性的理想弹塑性材料，且假定土体的水平静止侧压力系数为一经验常数。而实际情况中地基土体为散体颗粒，具有各向异性的特性，其水平静止侧压力系数是否发生变化？地基塑性区形态、塑性区与所受荷载之间的对应关系是否与假设条件下的理论分析结果一致？目前暂未发现相关的科研报道，也未发现通过试验手段来研究地基塑性区特性的文献说明。
因此，亟需设计一种可用于直接确定荷载作用下地基塑性区域发展情况的模型试验观测方法，以填补了目前仅能从理论推导而无法从试验角度确定塑性区发展的空白。
发明内容
基于以上问题，本发明提供了受荷地基塑性区动态发展的非接触式模型试验观测方法，根据分级加载的地基塑性区模型试验，并利用粒子图像测速技术确定位移场，再将位移场转换成相应的剪应变场，最后通过分析不同荷载作用下最大剪应变场的变化情况来确定地基塑性区的动态发展规律；测试中采用非接触式模型试验，排除了试验过程中地基土体的人工扰动，减少常规方法中后期数据处理工作，显著提高效率。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：
受荷地基塑性区动态发展的非接触式模型试验观测方法，包括如下步骤：
S1、制作至少有一个侧面为透明板的模型槽，取地基受荷区的土体作为试验土装入模型槽内，并分层压实至与地基受荷区土体相同的压实度；
S2、在模型槽内的试验土上逐级施加均布荷载，按照拟定加载分级次数及各级加载大小，开展模型试验；
S3、缓慢均匀地施加第一级荷载P1<\/sub>，同时采用高清相机以一定时间间隔拍照记录分析区域内的土体变形过程，并基于PIV技术对地基土体变形照片进行分析，得到在P1<\/sub>加载过程中的各时间段内土体相对于参照点的位移场；
S4、根据位移场构建三节点应变计算单元，并通过插值计算出三节点应变单元的节点位移；单元的三个节点坐标用(xi<\/sub>,yi<\/sub>),(xj<\/sub>,yj<\/sub>),(xm<\/sub>,ym<\/sub>)表示，三个节点对应位移分别用(ui<\/sub>,vi<\/sub>),(uj<\/sub>,vj<\/sub>),(um<\/sub>,vm<\/sub>)表示，按下式计算三节点应变单元的应变场εx<\/sub>,εy<\/sub>,γxy<\/sub>；
式中：设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201910593965.9
申请日:2019-07-03
公开号:CN110243700A
公开日:2019-09-17
国家:CN
国家/省市:43(湖南)
授权编号:授权时间:主分类号:G01N 3/24
专利分类号:G01N3/24
范畴分类:31E;
申请人:湖南理工学院
第一申请人:湖南理工学院
申请人地址:414006 湖南省岳阳市岳阳楼区奇家岭学院路439号
发明人:刘正夫;刘晓红;曾永庆;陆仲阳;张政;张建伟;彭锟;姜豪;徐川;刘王苗
第一发明人:刘正夫
当前权利人:湖南理工学院
代理人:陈炳萍
代理机构:50230
代理机构编号:重庆市信立达专利代理事务所(普通合伙)
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计