A method for measuring shear yield surface and volume yield surface of geotechnical materials relates to the technical field of measuring solid deformation. In order to judge the mechanical yield of geotechnical materials, the quadratic polynomial is used to fit the shear yield surface, and the ellipse and hyperbola are used to fit the volume yield surface. The quadratic polynomial shear yield condition is regressed by constant mean stress triaxial test and conventional triaxial compression test, and the elliptic and hyperbolic volume yield condition is regressed by undrained constant mean stress triaxial test and conventional triaxial compression test. The regression curve of yield surface is drawn according to shear yield condition, volume yield condition and related parameters. According to the specific response values of shear yield condition and volume yield condition in engineering, the shear yield or volume yield of geotechnical materials is evaluated. This method can judge whether the rock and soil material yields after being subjected to stress in engineering, so as to take corresponding measures to prevent the material from destroying and causing collapse accidents.
【技术实现步骤摘要】
一种岩土材料剪切屈服面与体积屈服面的测定方法
本专利技术属于计量固体变形的领域，尤其是一种岩土材料剪切屈服面与体积屈服面的测定方法。
技术介绍
要预测岩土材料的受力变形，首先要建立岩土材料的本构模型。要建立岩土材料的本构模型，首先要测定岩土材料的剪切屈服面和体积屈服面。目前，大量岩土工程试验结果表明，岩土材料的剪切屈服面具有不穿过子午面原点的趋势及在π平面上随平均应力增大非线性扩张的特性；体积屈服面的剪缩部分与子午面的交线具有其斜率随平均应力增大而改变的特性；体积屈服面的剪胀部分与子午面的交线具有不为直线的特性。从南京砂(朱建群,孔令伟,钟方杰.南京砂强度特征与静态液化现象分析[J].岩土力学,2008,29(6):1461-1465.)、福建标准砂的不排水试样(丁浩,黄博,陈云敏,等.饱和砂土三轴试验中反压设置与抗剪强度的研究[J].岩土工程学报,2012,34(7):1313-1319.)、徐州蔺家坝砂厂砂(马路兴.高压下应力路径对饱和砂土力学特性的影响研究[D].中国矿业大学,2014.)、玻璃砂透明土(孔纲强,刘璐,刘汉龙,等.玻璃砂透明土变形特性三轴试验...
【技术保护点】
1.一种岩土材料剪切屈服面与体积屈服面的测定方法，其特征在于，包括剪切屈服面的测定步骤和体积屈服面的测定步骤，当三轴试验仪在试验中能够控制平均应力为恒定时，剪切屈服面的测定步骤为：以下步骤中符号的解释：fs为剪切屈服函数，当fs≥0时发生剪切屈服，当fs＜0时不发生剪切屈服；ξs为相对偏应力，由式(2)定义；Hs为剪切硬化参量；p为平均应力；Ks为实际平均应力时的剪切等向硬化系数，由式(3)定义；s为偏应力张量；αs为偏背应力张量，当考虑随动硬化时αs为变量，当不考虑随动硬化时αs为0；
【技术特征摘要】
1.一种岩土材料剪切屈服面与体积屈服面的测定方法，其特征在于，包括剪切屈服面的测定步骤和体积屈服面的测定步骤，当三轴试验仪在试验中能够控制平均应力为恒定时，剪切屈服面的测定步骤为：以下步骤中符号的解释：fs为剪切屈服函数，当fs≥0时发生剪切屈服，当fs＜0时不发生剪切屈服；ξs为相对偏应力，由式(2)定义；Hs为剪切硬化参量；p为平均应力；Ks为实际平均应力时的剪切等向硬化系数，由式(3)定义；s为偏应力张量；αs为偏背应力张量，当考虑随动硬化时αs为变量，当不考虑随动硬化时αs为0；为基准平均应力时的剪切等向硬化系数，当考虑等向硬化时为变量，当不考虑等向硬化时为设定的常数；Bs为式(4)定义的二次多项式；CA、CB、CC为剪切屈服条件参数，通过至少3个不同恒定平均应力三轴试验进行回归确定；q为广义剪应力；为广义剪应变；σ1为大主应力；σ3为小主应力；ε1为大主应变；ε3为小主应变，(1)剪切屈服函数的形式为式(1)、式(2)、式(3)和式(4)，根据《土工试验规程》SL237-1999，采用恒定平均应力三轴试验，分别通过至少3个不同恒定平均应力对材料进行相应单调加载试验，单调加载的条件与实际工程的加载条件相同，包括加载速率、温度、固结和排水条件，ξs＝s-αs(Hs)(2)Bs＝CAp2+CBp+CC(4)(2)根据《土工试验规程》SL237-1999，采集恒定平均应力三轴试验的每个平均应力条件的数据，并转换成主应力σ1、σ3和主应变ε1、ε3的数据，(3)按照式(5)和式(6)将σ1、σ3、ε1和ε3转换成每个平均应力条件的关系曲线，q＝|σ1-σ3|(5)(4)在工程应用的平均应力范围内，选择其中一个平均应力作为基准平均应力，相应的关系曲线为基准平均应力时的关系曲线，(5)在工程应用的应变范围内，选择其中一个作为参考剪切硬化参量，(6)将各平均应力的参考剪切硬化参量对应的q代入式(7)中的Ks；将基准平均应力的参考剪切硬化参量对应的q代入式(7)中的将各平均应力时的p代入式(7)，形成线性方程组，线性方程的数量与恒定平均应力三轴试验的数量相等，(7)用求解矛盾方程组的方法求解线性方程组，得到剪切屈服条件参数CA、CB、CC，(8)将剪切屈服条件参数CA、CB、CC代回式(1)、式(3)和式(4)，得到岩土材料的剪切屈服条件，(9)将基准平均应力时各剪切硬化参量水平对应的q分别代入式(7)中的将CA、CB、CC的值及代入式(7)，以p为横轴变量，Ks为纵轴变量在子午面上为式(7)绘图，得到岩土材料的剪切屈服面的回归曲线，体积屈服面剪缩部分的测定步骤：以下步骤中符号的解释：fv1为椭圆体积屈服函数，当fv1≥0时发生体积屈服，当fv1＜0时不发生体积屈服；p为平均应力；Hv为体积硬化参量；q为广义剪应力；Yv1为实际主应力差时的体积屈服应力，由式(9)定义；Δp为平均应力的增量，当Δp＞0时为正向加载，当Δp＜0时为反向加载；为主应力差为0时的体积屈服应力，由式(10)定义；Bv1为式(11)定义的二次多项式；αv为球背应力张量；为主应力差为0时的体积等向硬化系数；CG、CH、CI为椭圆体积屈服条件参数，通过至少3个不同硬化参量水平的实测体积屈服面回归确定；σ1为大主应力；σ3为小主应力；p’为有效平均应力；u为孔隙水压力，(1)椭圆体积屈服函数的形式为式(8)、式(9)、式(10)和式(11)，根据《土工试验规程》SL237-1999，采用不排水的三轴试验，分别通过至少3个不同恒定体积应变对材料进行相应单调加载试验，单调加载的条件与实际工程的加载条件相同，包括加载速率、温度，其中：当考虑随动硬化时αv为变量，当不考虑随动硬化时αv为0，式(8)和式(10)仅计算Δp＞0时的情况，(2)根据《土工试验规程》SL237-1999，采集三轴试验的每个体积应变条件的数据，并转换成主应力σ1、σ3、主应变ε1、ε3和孔隙水压力u的数据，(3)按照式(5)、式(12)和式(13)将σ1、σ3和u转换成在子午面上的每个体积应变条件的q—p’关系曲线，该曲线即为每个围压条件的体积屈服面与子午面的交线，q＝|σ1-σ3|(5)p＝(σ1+2σ3)/3(12)p′＝p-u(13)(4)在每个体积应变条件的q—p’关系曲线上的体积屈服面剪缩部分选择一个在形状上具有代表性的特征点，该特征点不在p’坐标轴上，(5)将主应力差为0时的q—p’关系曲线上的点的横坐标代入式(14)中的将除主应力差为0外的q—p’关系曲线上的体积屈服面剪缩部分所选择的一个特征点的横坐标代入式(14)中的Yv1；将除主应力差为0外的q—p’关系曲线上的体积屈服面剪缩部分所选择的一个特征点的纵坐标代入式(14)，形成线性方程组，线性方程的数量与不同硬化参量水平的实测体积屈服面的数量相等，(6)用求解矛盾方程组的方法求解线性方程组，得到椭圆体积屈服条件参数CG、CH、CI，(7)将椭圆体积屈服条件参数CG、CH、CI代回式(8)、式(9)、式(10)和式(11)，得到岩土材料的椭圆体积屈服条件，(8)将主应力差为0时体积屈服面上的p代入式(14)中的Yv*；将CG、CH、CI的值及代入式(14)，以q为纵轴变量，Yv1为横轴变量在子午面上为式(14)绘图，得到岩土材料的体积屈服面剪缩部分的回归曲线，体积屈服面剪胀部分的测定步骤：以下步骤中符号的解释：fv2为双曲线体积屈服函数，当fv2≥0时发生体积屈服，当fv2＜0时不发生体积屈服；p为平均应力；Hv为体积硬化参量；q为广义剪应力；Yv2为实际主应力差时的体积屈服应力，由式(16)定义；Δp为平均应力的增量，当Δp＞0时为正向加载，当Δp＜0时为反向加载；为主应力差为0时的体积屈服应力，由式(10)定义；Bv2为式(17)定义的二次多项式；αv为球背应力张量；为主应力差为0时的体积等向硬化系数；CD、CE、CF.为双曲线体积屈服条件参数，通过至少3个不同硬化参量水平的实测体积屈服面回归确定；σ1为大主应力；σ3为小主应力；p’为有效平均应力；u为孔隙水压力，(1)双曲线体积屈服函数的形式为式(15)、式(16)、式(10)和式(17)，根据《土工试验规程》SL237-1999，采用不排水的三轴试验，分别通过至少3个不同恒定体积应变对材料进行相应单调加载试验，单调加...
【专利技术属性】
技术研发人员：马少坤，李涛，刘莹，覃璐，韦爱文，阮耀民，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45
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