[發(fā)明專利]確定拉拔試驗中土工材料非線性力學(xué)行為的裝置以及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710369245.5
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107144466B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔新壯;王藝霖;崔社強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/24
• 代理公司: 37221 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 趙敏玲

1.一種確定拉拔試驗中土工材料非線性力學(xué)行為的方法，該方法基于一種確定拉拔試驗中土工材料非線性力學(xué)行為的裝置，包括一個試驗箱，在所述的試驗箱內(nèi)盛裝有土體，在所述的土體的頂部設(shè)有向下的垂直壓力；在所述的試驗箱的側(cè)面設(shè)有一個橫向插裝在土體內(nèi)的土工材料試件，在所述的土工材料試件的端部設(shè)有固定裝置；通過固定裝置對土工材料試件在土體內(nèi)進(jìn)行拉拔，土體給土工材料試件一定的剪切阻力；其特征在于，包括以下步驟：

步驟1測量土工材料試件所受到的拉力F、位移u和土工材料的橫截面積A，得到軸向拉應(yīng)力σ；

步驟2根據(jù)土工材料微元體在拉拔試驗中的受力平衡，得到土工材料微元體的平衡微分方程；

步驟3.根據(jù)土工材料的全過程應(yīng)力—應(yīng)變曲線，建立軸向拉應(yīng)力σ與土工材料的應(yīng)變ε之間的公式；將σ-ε關(guān)系用雙折線模型表達(dá)；

步驟4.將筋土間摩擦力τ—土工材料試件位移u的關(guān)系曲線近似考慮為雙曲線模型；

步驟5.根據(jù)步驟2、步驟3、步驟4中得到的關(guān)系，得到土工材料試件位移u關(guān)于土工材料試件長度變量x的分布確定τ、σ和ε與x的關(guān)系；得到σ、τ、u和ε中任意兩者之間的關(guān)系。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中的軸向拉應(yīng)力的求解方法如下：

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2根據(jù)土工材料微元體在拉拔試驗中的受力平衡，得到土工材料微元體的平衡微分方程，即公式(2)：

F+dF-F+2τ(Δx+Δw)dx＝0 (2)

簡化得到公式(3)如下：

dσ·A＝-2τ(1+ε)dx (3)

其中，代表土工材料的應(yīng)變，Δx表示土工材料微元體變形前的長度，Δw表示該微元體變形后的伸長量；τ代表筋土之間的摩擦力；dx表示土工材料微元體的長度；dF表示微元體受到的微拉力；dσ表示微元體受到的微軸向拉應(yīng)力。

4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟3根據(jù)土工材料的全過程應(yīng)力—應(yīng)變曲線，建立σ-ε之間的公式；將σ-ε關(guān)系用雙折線模型表達(dá)：

σ_u＝E₁·ε_u (5)

E₁、E₂是土工材料的彈性模量；點(diǎn)(ε_u,σ_u)是土工應(yīng)變以及軸向拉應(yīng)力的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，E₁、E₂、ε_u和σ_u通過單軸拉伸試驗確定；du表示微元體對應(yīng)的位移；dx表示土工材料微元體的長度；其中ε_u為轉(zhuǎn)折點(diǎn)應(yīng)變，σ_u為轉(zhuǎn)折點(diǎn)應(yīng)力。

5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟4筋土間摩擦力—位移關(guān)系曲線(τ-u)近似考慮為雙曲線模型：

其中，在初始點(diǎn)切線的斜率為：

當(dāng)u趨近于無窮大時，公式(7)即為：

其中，b為雙曲線的漸進(jìn)值；τ_ul只是一個理論值，所以b還可以表達(dá)為：

其中，R_uf是界面抗剪破壞的比例，取值范圍在0.80～0.95；τ_f是最大抗剪強(qiáng)度，可由剪切強(qiáng)度試驗確定；a是一個過程參數(shù)。

6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟5具體過程如下：

σ、τ、u和ε四個未知量都與x有關(guān)，通過推導(dǎo)公式(3)(4)(6)(7)可以建立荷載傳遞方程如下：

當(dāng)x≤x_u或ε≥ε_u時:

其中，B是一個常數(shù)；x_u為轉(zhuǎn)折點(diǎn)應(yīng)變ε_u所對應(yīng)的x軸坐標(biāo)，即ε(x_u)＝ε_u；

當(dāng)x>x_u,或ε<ε_u時:

其中，

方程的邊界條件是：

當(dāng)x＝0時，σ＝σ₀或

當(dāng)x＝l時，σ＝0或

其中，F(xiàn)₀是拉拔試驗中負(fù)載端的拉力，可由試驗直接確定；l是土工材料的長度；

公式(11)和(12)是u關(guān)于x的分布，然后再根據(jù)公式(3)(4)(6)和(7)確定τ、σ和ε與x的關(guān)系；從而σ、τ、u和ε中任意兩者之間的關(guān)系都可以確定。