静水压力卸载法测定应力应变全过程材料参数的方法技术

本发明专利技术提出了一种静水压力卸载法测定应力应变全过程材料参数的方法，针对加卸载循环试验，在假设仅偏应力对试件产生损伤的条件下，得出对静水压力实施卸载的试验方法决定不同应力应变阶段的材料参数。本发明专利技术针对真三轴，对六面体孔隙连通试件，可以决定9个力学参数，对非孔隙连通试件，可以决定6个力学参数。针对传统三轴试验，采用六面体孔隙连通试件，可以决定9个力学参数，对非孔隙连通试件，可以决定6个力学参数。并提出了具体表达式和试验方法。对于具有损伤的地质材料，屈服极限应力空间随着损伤的演化而变化，并提出了表达式，对于循环力学行为的模拟，不考虑其残余应力的影响是不适宜的。

【技术实现步骤摘要】
静水压力卸载法测定应力应变全过程材料参数的方法
本专利技术涉及土木工程和地质材料实验测量
，特别涉及静水压力卸载法测定应力应变全过程材料参数的方法。
技术介绍
地质材料全过程参数的演化规律的测定是迄今还没有得到很好解决的科学难题，其测量的理论和方法还不完善；另外，在偏应力加卸载循环时，根据试验以加载近似线性段决定地质材料的参数，往往偏差大，甚至难以确定。
技术实现思路
三轴试验测定材料参数已有较长的历史，而且在循环加载试验过程中决定岩土体的材料参数也有较长的历史，但是，由于现行的测定方法缺乏对静水压力在施加偏应力荷载大于比例极限应力空间后，静水压力产生的变形发生了改变这一事实的认识，致使在施加偏应力荷载大于比例极限应力空间后，在实施加卸载循环时，难以决定相对应的材料参数。本专利技术的目的是克服现有技术中存在的缺陷，提出一种基于三轴试验的静水压力卸载法测定应力应变全过程材料参数的方法。本专利技术静水压力卸载法测定应力应变全过程材料参数的方法，包括如下步骤：1.1在真三轴试验中，首先施加静水压力，令σ11＝σ11H，σ22＝σ22H，σ33＝σ33H，静水压力和初始应变εiiH的关系为：σiiH＝Ciijj0εjjH，i,j∈(1,3)(1)式中，Ciijj0为初始刚度矩阵；1.2施加偏应力q，q＝σ11+σ11H-σ11H；当施加偏应力大于比例极限应力qYield(即屈服极限应力空间)时，线性应力-应变关系表示为：σ11+σ11H＝C11jjbεjj(2)σiiH＝Ciijjbεjj，i∈(2,3),j∈(1,3)(3)式中，Ciijjb为超过屈服极限应力空间后的刚度矩阵；对于超过屈服极限应力空间的应力状态的材料参数，以卸载曲线直线段决定其大小，且卸载至静水压力趋近于零(见图1中def)，利用公式(2)决定C1111b,C1122b,C1133b，利用公式(3)计算得到C2222b,C2233b,C3333b，由刚度矩阵的对称性可知C2211b＝C1122b,C2233b＝C3322b,C3311b＝C1133b，同时校核C2211b,C3311b,C3322b，即计算得到六个材料参数，校核三个材料参数；在材料为完全各向同性时，计算得到体积模量CV，或者三向同时等量卸载时，计算得到1/CV；1.3对于孔隙连通材料，在饱和条件下，静水压力施加完毕后，关掉阀门，实施非排水试验，假设Bishop有效应力存在，则公式(2)、公式(3)表述为σ11+σ11H-α11P＝C11jjbεjj(4)σiiH-αiiP＝Ciijjbεjj，i∈(2,3),j∈(1,3)(5)在饱和条件下获得材料刚度参数Ciijjb的条件下，利用公式(4)、公式(5)，外加应力σii,i∈(1,3)恒定，对非排水试验的水压力从Pa卸载至Pb(见图1中ab)，则应变εii从回弹至相对应的变形回弹量为则公式(4)、公式(5)的增量方程为：αiiΔP＝CiijjbΔεjj(αii,i∈(1,3))(6)Pa-Pb＝ΔP公式(6)计算得到三个Biot系数α11,α22,α33。本专利技术静水压力卸载法测定应力应变全过程材料参数的方法，包括如下步骤：2.1对于假三轴采用六面体(50mm×50mm×100mm)试件试验，首先施加静水压力σ11＝σ22＝σ33＝σH，静水压力和初始应变εiiH的关系为σiiH＝Ciijj0εjjH，i,j∈(1,3)(7)式中，Ciijj0为初始刚度矩阵；2.2施加偏应力q，q＝σ11+σ11H-σ11H，当施加偏应力大于比例极限应力qYield(即屈服极限应力空间)时，线性应力-应变关系表示为σ11+σ11H＝C11jjbεjj(8)σiiH＝Ciijjbεjj，i∈(2,3),j∈(1,3)(9)式中，Ciijjb为超过屈服极限应力空间后的刚度矩阵；对于超过屈服极限应力空间的应力状态的材料参数，以卸载曲线直线段计算得到其大小，且卸载至静水压力趋近于零(见图1中def)，利用公式(8)计算得到C1111b,C1122b,C1133b，利用公式(9)计算得到C2222b,C2233b，利用假三轴试验具有的特点σ22H＝σ33H，亦即C2211bε11+C2222bε22+C2233bε33＝C3311bε11+C3322bε22+C3333bε33，可以计算得到C3333b；由刚度矩阵的对称性可知C2211b＝C1122b,C2233b＝C3322b,C3311b＝C1133b，同时可以校核C2211b,C3311b,C3322b，即可以计算得到六个材料参数，校核三个材料参数；在材料为完全各向同性，亦即时，可以计算得到体积模量CV，或者三向同时等量卸载时，计算得到1/CV；2.3对于孔隙连通材料，在饱和条件下，静水压力施加完毕后，关掉阀门，实施非排水试验，假设Bishop有效应力存在，则公式(8)、公式(9)表述如下σ11+σ11H-α11P＝C11jjbεjj(10)σiiH-αiiP＝Ciijjbεjj，i∈(2,3),j∈(1,3)(11)在饱和条件下获得材料刚度参数Ciijjb的条件下，利用公式(10)、公式(11)，在外加应力σii,i∈(1,3)恒定，对非排水试验的水压力从Pa卸载至Pb(见图1中ab)，则应变εii从回弹至相对应的变形回弹量为则公式(10)、公式(11)的增量方程表述为αiiΔP＝CiijjbΔεjj(αii,i∈(1,3))(12)Pa-Pb＝ΔP可以计算得到三个Biot系数α11,α22,α33。本专利技术静水压力卸载法测定应力应变全过程材料参数的方法，包括如下步骤：3.1对于传统假三轴圆柱体()试件试验，首先施加静水压力σ11＝σ22＝σ33＝σH，静水压力和初始应变εiiH关系为σiiH＝Ciijj0εjjH，i,j∈(1,3)(13)式中，Ciijj0为初始刚度矩阵；3.2施加偏应力q，q＝σ11+σ11H-σ11H，当施加偏应力大于比例极限应力qYield(即屈服极限应力空间)时，线性应力—应变关系可以表示为：σ11+σ11H＝C11jjbεjj(14)σ22H＝C22jjbεjj，σ22H＝σ33H(15)式中，Ciijjb为过屈服极限应力空间后的刚度矩阵；对于超过屈服极限应力空间的应力状态的材料参数，以卸载曲线直线段计算得到其大小，且卸载至静水压力趋近于零(见图1中def)，利用公式(14)计算得到C1111b,C1122b，利用公式(15)计算得到C2222b，利用刚度矩阵的对称性C2211b＝C1122b,C2233b＝C3322b,C3311b＝C1133b和传统假三轴试验测量变形的方式特点，则有σ22H＝σ33H和ε22＝ε33，C2211b＝C3311b，亦即C2211bε11+C2222bε22+C2233bε33＝C3311bε11+C3322bε22+C3333bε33，则有C2222b＝C3333b，亦即传统假三轴试验现有的环形测量变形的方式实质是假设了试件为对称破坏，这与事实是不相符合的；即可以计算得到三个材料参数；在材料为完全各向同性时，可以计算得到体积模量CV，或者三向同时等量卸载时，计算得到1/CV；3.3对于孔隙连通材料，在饱和条件下，静水压力施加完本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静水压力卸载法测定应力应变全过程材料参数的方法，其特征在于：当加载应力大于比例极限应力时，在不同的应力状态实施卸载直至静水压力趋近于零，以卸载曲线的线性段计算相对应的材料参数；对于孔隙连通材料，对于外界加载应力大于比例极限应力，且在不排水条件下，在任意应力状态，以水压力卸载直至水压力趋近于零，以水压力卸载曲线的线性段计算相对应的材料参数；具体步骤如下(1.1)在真三轴试验中，首先施加静水压力，令σ11＝σ11H，σ22＝σ22H，σ33＝σ33H，静水压力和初始应变εiiH的关系为：σiiH＝Ciijj0εjjH，i,j∈(1,3)                 (1)式中，Ciijj0为初始刚度矩阵；(1.2)施加偏应力q，q＝σ11+σ11H‑σ11H；当施加偏应力大于比例极限应力qYield时，线性应力‑应变关系表示为：σ11+σ11H＝C11jjbεjj        (2)σiiH＝Ciijjbεjj，i∈(2,3),j∈(1,3)        (3)式中，Ciijjb为超过屈服极限应力空间后的刚度矩阵；对于超过屈服极限应力空间的应力状态的材料参数，以卸载曲线直线段计算得到其大小，且卸载至静水压力趋近于零，利用公式(2)计算得到C1111b,C1122b,C1133b，利用公式(3)计算得到C2222b,C2233b,C3333b，由刚度矩阵的对称性知C2211b＝C1122b,C2233b＝C3322b,C3311b＝C1133b，同时校核C2211b,C3311b,C3322b，即计算得到六个材料参数，校核三个材料参数；在材料为完全各向同性时，计算得到体积模量CV，或者三向同时等量卸载时，计算得到1/CV；(1.3)对于孔隙连通材料，在饱和条件下，静水压力施加完毕后，关掉阀门，实施非排水试验，假设Bishop有效应力存在，则公式(2)、公式(3)表述为σ11+σ11H‑α11P＝C11jjbεjj       (4)σiiH‑αiiP＝Ciijjbεjj，i∈(2,3),j∈(1,3)        (5)在饱和条件下获得材料刚度参数Ciijjb的条件下，利用公式(4)、公式(5)，外加应力σii,i∈(1,3)恒定，对非排水试验的水压力从Pa卸载至Pb，则应变εii从回弹至相对应的变形回弹量为则公式(4)、公式(5)的增量方程为：αiiΔP＝CiijjbΔεjj(αii,i∈(1,3))         (6)Pa‑Pb＝ΔP公式(6)计算得到三个Biot系数α11,α22,α33。...

【技术特征摘要】
1.一种静水压力卸载法测定应力应变全过程材料参数的方法，其特征在于：当加载应力大于比例极限应力时，在不同的应力状态实施卸载直至静水压力趋近于零，以卸载曲线的线性段计算相对应的材料参数；对于孔隙连通材料，对于外界加载应力大于比例极限应力，且在不排水条件下，在任意应力状态，以水压力卸载直至水压力趋近于零，以水压力卸载曲线的线性段计算相对应的材料参数；具体步骤如下(1.1)在真三轴试验中，首先施加静水压力，令σ11＝σ11H，σ22＝σ22H，σ33＝σ33H，静水压力和初始应变εiiH的关系为：σiiH＝Ciijj0εjjH，i,j∈(1,3)(1)式中，Ciijj0为初始刚度矩阵；(1.2)施加偏应力q，q＝σ11+σ11H-σ11H；当施加偏应力大于比例极限应力qYield时，线性应力-应变关系表示为：σ11+σ11H＝C11jjbεjj(2)σiiH＝Ciijjbεjj，i∈(2,3),j∈(1,3)(3)式中，Ciijjb为超过屈服极限应力空间后的刚度矩阵；对于超过屈服极限应力空间的应力状态的材料参数，以卸载曲线直线段计算得到其大小，且卸载至静水压力趋近于零，利用公式(2)计算得到C1111b,C1122b,C1133b，利用公式(3)计算得到C2222b,C2233b,C3333b，由刚度矩阵的对称性知C2211b＝C1122b,C2233b＝C3322b,C3311b＝C1133b，同时校核C2211b,C3311b,C3322b，即计算得到六个材料参数，校核三个材料参数；在材料为完全各向同性时，计算得到体积模量CV，或者三向同时等量卸载时，计算得到1/CV；(1.3)对于孔隙连通材料，在饱和条件下，静水压力施加完毕后，关掉阀门，实施非排水试验，假设Bishop有效应力存在，则公式(2)、公式(3)表述为σ11+σ11H-α11P＝C11jjbεjj(4)σiiH-αiiP＝Ciijjbεjj，i∈(2,3),j∈(1,3)(5)在饱和条件下获得材料刚度参数Ciijjb的条件下，利用公式(4)、公式(5)，外加应力σii,i∈(1,3)恒定，对非排水试验的水压力从Pa卸载至Pb，则应变εii从回弹至相对应的变形回弹量为则公式(4)、公式(5)的增量方程为：αiiΔP＝CiijjbΔεjj(αii,i∈(1,3))(6)Pa-Pb＝ΔP公式(6)计算得到三个Biot系数α11,α22,α33。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：对于传统假三轴试验，将三轴试验试件由圆柱体改为六面体，用于研究各向异性材料特性。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：包括如下步骤(2.1)采用六面体50mm×50mm×100mm试件试验，首先施加静水压力σ11＝σ22＝σ33＝σH，静水压力和初始应变εiiH的关系为σiiH＝Ciijj0εjjH，i,j∈(1,3)(7)式中，Ciijj0为初始刚度矩阵；(2.2)施加偏应力q，q＝σ11+σ11H-σ11H，当施加偏应力大于比例极限应力qYield时，线性应力-应变关系表示为σ11+σ11H＝C11jjbεjj(8)σiiH＝Ciijjbεjj，i∈(2,3),j∈(1,3)(9)式中，Ciijjb为超过屈服极限应力空间后的刚度矩阵；对于超过屈服极限应力空间的应力状态的材料参数，以卸载曲线直线段计算得到其大小，且卸载至静水压力趋近于零，利用公式(8)计算得到C1111b,C1122b,C1133b，利用公式(9)计算得到C2222b,C2233b，利用假三轴试验具有的特点σ22H＝σ33H，亦即C2211bε11+C2222bε22+C2233bε33＝C3311bε11+C3322bε22+C3333bε33，计算得到C333...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢应发，刘德富，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42