土工离心试验应力相似差异特征与设计准则

土工离心试验优越性的基础在于建立模型与原型相同的应力条件与分布,认识模型与原型之间应力相似差异与表征参数对控制系统误差和优化设计参数具有重要指导价值。引入总体分布应力、附加侧向应力和耦合动应力3个新概念与定义,对模型与原型之间应力差异特征、表征参数和设计准则等进行了深入研究。总体分布应力采用应力误差描述,表征参数为模型高度H和最大半径maxR;当maxH/R≤0.3和0.15,可控制模型极限应力误差≤10%和5%。附加侧向应力由模型中心剖面向两侧宽度增大分布,由模型宽度b、有效半径efR和有效离心加速度efa决定大小;以100 kPa为标准,给出了不同离心加速度下有效半径与允许模型设计宽度关系。耦合动应力影响采用目标与额外应力比进行评价,以efR和角速度?为表征参数,给出了应力比以10%和20%为标准的efa-efR的临界关系曲线;当efa≥10g、efR≥4 m时,耦合动应力的影响可以忽略。研究提出的新概念、表征参数和设计准则,为改进设备、模型参数设计和推动量化研究提供研究基础与参考依据。     

基于颗粒特征与预设变形的人工砂土变形图像生成方法及应用

图像变形分析方法是当前土力学与岩土工程领域的一种重要变形测试技术,散斑图像作为其发展、应用和可靠性评价的常用工具,是否反映真实土体图像特征和变形分析可靠性尚有待解答。以福建标准砂为样本,基于土体图像特征分析及与散斑图像对比,提出了一种描述砂土图像和变形特征的人工图像生成方法,利用建立的4种变形坐标解析公式和生成序列变形图像,对国际代表性RG-DIC和PIVlab法可靠性进行评价。结果表明：散斑图像与真实砂土图像在纹理、圆度、色值等方面存在显著差异,提出的人工图像生成方法能有效控制土颗粒组分、圆度、色值等分布参数,反映了真实土体图像特征;生成的序列变形图像增加了时间变量和任意变形函数功能,为动态和复杂变形分析可靠性评价建立条件。散斑图像明显低估了RG-DIC和PIVlab法对土体变形的分析误差,原因为黑色背景、白色亮斑构成的纹理特征更具辨识性;RG-DIC法的分析准确性与稳定性明显优于PIVlab法,而不同变形条件下两种方法分析误差呈一致趋势,当剪应变≤10-3时误差快速上升。研究方法与成果,为土体图像变形分析方法发展、应用和可靠性评价提供了重要支撑和参考。     

基于加速度阵列反演循环剪应力–剪应变的积分位移方法影响

基于加速度阵列的循环剪应力–剪应变反演分析方法被广泛用于原位场地观测和物理模型试验,但积分位移方法、分布函数等关键因素的影响尚缺少认识。选取4种代表性一维剪切梁分布函数,利用一组动力离心模型试验,探讨了积分位移方法对反演剪应力、剪应变的影响特征与规律,并分析了滞回圈和模量阻尼比的变化趋势。结果表明:(1)积分位移方法对反演剪应力和剪应变影响显著,采用积分位移方法处理后的加速度时程求取剪应力是有效保障滞回圈光滑性和闭合性的重要条件;ARI与USGS方法相比,后者对原加速度时程相位和幅值的影响不可忽略。(2)线性、三次样条、加权残差等3种剪切梁分布函数取得剪应力、剪应变结果十分吻合,可忽略分布函数的影响,而余弦法分布函数获得结果离散性较大,不宜选取。(3)积分位移方法对剪切模量具有略微影响,但对阻尼比影响较为显著,ARI法获得阻尼比发展趋势符合一般规律认识,而USGS法与之相悖。研究方法和结论,为有效可靠获取原位场地、土工物理试验等循环剪应力–剪应变响应和验证本构关系模型,提供了重要指导依据和方法支撑。     

剪切波速-相对密度联合试验与经验公式验证

汶川Ms8.0地震发生的数百公里大规模砾性土液化震害,引起了国内外学者对剪切波速液化判别技术适用性的高度重视.为合理评价波速测试手段应用于高含砾量、宽级配粗粒土液化判别的可靠性,发挥该技术在室内外土动力参数关联方面的独有优势,以相对密度与抗液化强度相关性为基础,通过自主研制大型波速量测系统,开展饱和砂土与砾性土剪切波速...     

基于PIV观测土体动态变形时程的可行性探讨

图像变形量测技术在分析土体变形矢量场和等势云图方面已获得广泛应用,但在获取土体动态变形时程方面目前尚未见探讨。为探明图像变形测量在土体动态变形时程观测中的可行性与基本要求,结合土体图像与变形模拟方法,利用PIV量测技术,分别对不同动荷载频率、图像采集帧率、应变计算窗口、应变大小等情况的图像测量结果作出分析,并提出动态窗口应变分析算法计算动态应变。研究表明：在实现位移时程与加速度时程观测时,正弦波的图像采集帧率应≥6倍输入波频率,Northridge波、LomaGilroy波、Tangshan波的图像采集帧率需分别≥20Hz、≥10Hz和≥6Hz;大比例应变计算窗口可有效缩小应变场的离散性,但会导致非均恒分布应变的计算结果偏离真值;提出的动态窗口应变分析算法可兼顾计算结果的平滑度与精准度,更有利于动态应变分析。