1.本发明属于土工室内试验测试的技术领域，尤其涉及一种确定可变形约束三轴仪土样的应力应变状态方法。
背景技术：
2.侧限压缩试验与三轴压缩试验是求解土体应力状态的常规室内土工试验，侧限试验是在土样侧向变形限定的条件下测试土样的应力应变状态，三轴压缩试验是在侧向应力限定条件下开展的试验。因此，有必要对三轴土样侧向既不限定变形又不限定应力条件下的应力应变状态进行研究。
3.无论是既有的室内土工试验，还是本发明提出的可变形约束三轴试验，土样在受到外力产生变形的过程中，依据力和变形的关系均可以反算出土样的应力应变特性。因此，依据现有的应力应状态的求解方法无法获得土样在可变形约束条件下的应力应变状态。
技术实现要素：
4.为解决上述技术问题，本发明提供一种确定可变形约束三轴仪土样的应力应变状态方法。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.该方法包括以下步骤：
7.1)制备高度为h0的圆柱形土样，土样周围表面为铝合金材质的薄壁圆筒，薄壁圆筒的外壁印刷有标记网格；
8.2)将土样放置于底座上，将土样的上表面与加载帽相连接，并将加载帽与加载杆、轴向力传感器相连接，并安置固定轴向位移传感器；
9.3)通过薄壁圆筒表面印刷的标记网格，用相机观测土样压缩过程中土样的各节点的变形，经换算得到薄壁材料的环向应变ε
θ’、轴向应变ε
z’，土样与薄壁紧密接触，由于土样为轴对称圆柱试样，土样的径向应变ζr与径向应变ζ
θ
相等，均与薄壁的环向应变相同；
10.4)依据轴向位移传感器测试的结果得到土样的压缩量δz，根据式(1)可得到土样的轴向应变εz；
[0011][0012]
5)根据平面应力假设，基于式(2)结合薄壁材料的弹性模量e、泊松比μ可得到薄壁材料的应力状态；
[0013][0014]
6)依据土体径向应力与薄壁材料环向应力的关系式(3)可得到土样的径向应力
ζr；
[0015][0016]
式中，δ为薄壁厚度，d为薄壁圆筒内部直径；
[0017]
7)依据轴向力传感器(7)测试的结果f与土样横截面面积ac得到土样的轴向应力ζz表达式；
[0018][0019]
8)依据测试及计算得到的土样径向应力ζr、轴向应力ζz，径向应变ζr、轴向应变εz，由此可确定土样的应力应变状态。
[0020]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0021]
本发明通过数字图像测量技术测试薄壁在压缩过程中的径向(环向)变形量和轴向变形量，结合轴向位移传感器采集的土样轴向变形量，由此可确定土样的应变状态。基于平面应力的假设，依据胡克定律，由薄壁材料的弹性模量、泊松比与薄壁的径向应变、轴向应变即可确定薄壁的环向应力，根据薄壁环向应力与土样径向应力的关系即可确定土样的径向应力，依据轴向力传感器与土样压缩过程中的横截面积即可确定土样的轴向应力。本发明给出一种确定可变形约束三轴仪土样的应力应变状态方法，该计算方法简单可靠，能够为可变形约束的新型土工三轴试验提供支持。
[0022]
一种确定可变形约束三轴仪土样的应力应变状态方法，对于解决工程问题和三轴仪器的研发具有重大的理论意义和工程实用价值。
附图说明
[0023]
图1为本发明涉及的一种确定可变形约束三轴仪土样的应力应变状态方法原理图；
[0024]
图2本发明涉及的薄壁印制标记网格的薄壁圆筒；
[0025]
图中：1土样；2薄壁圆筒；3标记网格；4底座；5加载帽；6加载杆；7轴向力传感器；8轴向位移传感器；9相机。
具体实施方式
[0026]
结合附图对本发明的一种确定可变形约束三轴仪土样的应力应变状态方法进行说明。
[0027]
本发明的一种确定可变形约束三轴仪土样的应力应变状态方法原理是：通过图像采集装置确定土样的径向应变，依据薄壁圆筒的应力状态得到土样的径向应力，通过轴向位移和力传感器获得土样的轴向应力和轴向应变，进而确定土样的应力应变状态。
[0028]
一种确定可变形约束三轴仪土样的应力应变状态方法，该方法首先制备土样1并将土样1装在表面印刷有标记网格3的薄壁圆筒2内，之后依据薄壁圆筒2表面的标记网格3确定土样1在不同受力状态下的径向(环向)变形量，薄壁材料与土样1的径向(环向)变形量相一致，结合薄壁材料的弹性模量和泊松比即可确定薄壁的环向应力，进行确定土样1的径向应力。同时根据轴向位移传感器8和轴向力传感器7求得土样1的轴向应力、轴向应变。
[0029]
根据上述原理，本发明一种确定可变形约束三轴仪土样的应力应变状态方法，该方法包括以下步骤：
[0030]
1)制备高度为h0的圆柱形土样1，土样1周围表面为铝合金材质的薄壁圆筒2，薄壁圆筒2的外壁印刷有标记网格3；
[0031]
2)将土样1放置于底座4上，将土样1的上表面与加载帽5相连接，并将加载帽5与加载杆6、轴向力传感器7相连接，并安置轴向位移传感器8；
[0032]
3)通过薄壁圆筒2表面印刷的标记网格3，用相机9观测土样1压缩过程中土样1的各节点的变形，经换算得到薄壁材料的环向应变ε
θ’、轴向应变ε
z’，土样1与薄壁圆筒2紧密接触，由于土样1为轴对称圆柱试样，土样1的径向应变ζr与径向应变ζ
θ
相等，均与薄壁的环向应变相同；
[0033]
4)依据轴向位移传感器8测试的结果得到土样1的压缩量δz，根据式(1)可得到土样1的轴向应变εz；
[0034][0035]
5)根据平面应力假设，基于式(2)结合薄壁材料的弹性模量e、泊松比μ可得到薄壁材料的应力状态；
[0036][0037]
6)依据土体径向应力与薄壁材料环向应力的关系式(3)可得到土样1的径向应力ζr；
[0038][0039]
式中，δ为薄壁厚度，d为薄壁圆筒内部直径；
[0040]
7)依据轴向力传感器(7)测试的结果f与土样1的横截面面积ac得到土样1的轴向应力ζz表达式；
[0041][0042]
8)依据测试及计算得到的土样1的径向应力ζr、轴向应力ζz，径向应变εr、轴向应变εz，由此可确定土样1的应力应变状态。
[0043]
以上所述仅为结合具体本试验方法进行的说明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改。凡是基于可变形约束三轴仪求解土样应力应变状态的精神，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种确定可变形约束三轴仪土样的应力应变状态方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)制备高度为h0的圆柱形土样(1)，土样(1)周围表面为铝合金材质的薄壁圆筒(2)，薄壁圆筒(2)的外壁印刷有标记网格(3)；2)将土样(1)放置于底座(4)上，将土样(1)的上表面与加载帽(5)相连接，并将加载帽(5)与加载杆(6)、轴向力传感器(7)相连接，并安置轴向位移传感器(8)；3)通过薄壁圆筒(2)表面印刷的标记网格(3)，用相机(9)观测土样(1)压缩过程中土样(1)的各节点的变形，经换算得到薄壁材料的环向应变ε
θ’、轴向应变ε
z’，土样(1)与薄壁圆筒(2)紧密接触，由于土样(1)为轴对称圆柱试样，土样(1)的径向应变ζ
r
与径向应变ζ
θ
相等，均与薄壁的环向应变相同；4)依据轴向位移传感器(8)测试的结果得到土样(1)的压缩量δz，根据式(1)可得到土样(1)的轴向应变ε
z
；5)根据平面应力假设，基于式(2)结合薄壁材料的弹性模量e、泊松比μ可得到薄壁材料的应力状态；6)依据土体径向应力与薄壁材料环向应力的关系式(3)可得到土样(1)的径向应力ζ
r
；式中，δ为薄壁厚度，d为薄壁圆筒内部直径；7)依据轴向力传感器(7)测试的结果f与土样(1)的横截面面积a
c
得到土样(1)的轴向应力ζ
z
表达式；8)依据测试及计算得到的土样(1)的径向应力ζ
r
、轴向应力ζ
z
，径向应变ζ
r
、轴向应变ε
z
，由此可确定土样(1)的应力应变状态。
技术总结
本发明提供一种确定可变形约束三轴仪土样应力应变状态的方法，属于土木工程学科岩土工程领域。通过采用可变形的薄壁圆筒对试样进行约束，在可变形约束条件下进行三轴压缩试验。薄壁圆筒外壁印刷有标记网格，通过数字图像测量技术测试薄壁在压缩过程中的径向(环向)变形量和轴向变形量，结合轴向位移传感器采集的土样轴向变形量，由此可确定土样的应变状态。基于平面应力的假设，依据胡克定律，由薄壁材料的弹性模量、泊松比与薄壁的环向应变、轴向应变即可确定薄壁的环向应力，进而可得到土样的径向应力。由轴向力传感器采集数据与土样横截面积确定土样的轴向应力。本发明给出一种确定可变形约束三轴仪土样的应力应变状态方法，该计算方法简单可靠，能够为可变形约束的新型土工三轴试验提供支持。的新型土工三轴试验提供支持。的新型土工三轴试验提供支持。
技术研发人员：邵龙潭 侯英剑
受保护的技术使用者：苏州汇才土水工程科技有限公司
技术研发日：2022.06.07
技术公布日：2022/8/9
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