[发明专利]受荷地基塑性区动态发展的非接触式模型试验观测方法

权利要求书

1.受荷地基塑性区动态发展的非接触式模型试验观测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、制作至少有一个侧面为透明板的模型槽(1)，取地基受荷区的土体作为试验土(2)装入模型槽(1)内，并分层压实至与地基受荷区的土体相同的压实度；

S2、在模型槽(1)内的试验土(2)上逐级施加均布荷载，按照拟定加载分级次数及各级加载大小，开展模型试验；

S3、缓慢均匀地施加第一级荷载P₁，同时采用高清相机以一定时间间隔拍照记录分析区域内的土体变形过程，并基于PIV技术对地基土体变形照片进行分析，得到在P₁加载过程中的各时间段内土体相对于参照点的位移场；

S4、根据位移场构建三节点应变计算单元，并通过插值计算出三节点应变单元的节点位移；单元的三个节点坐标用(x_i,y_i),(x_j,y_j),(x_m,y_m)表示，三个节点对应位移分别用(u_i,v_i),(u_j,v_j),(u_m,v_m)表示，按下式计算三节点应变单元的应变场ε_x,ε_y,γ_xy；

式中：A为三个节点所围成的面积，

S5、根据S4步骤中获得的各三节点应变单元正应变和剪应变ε_x,ε_y,γ_xy，按下式计算分析区域内各三节点应变单元在该时间段内的主应变ε₁,ε₂和最大剪应变γ_max：

S6、重复第S4-S5步骤，直到第一级荷载P₁加载过程中所有时间段的应变单元最大剪应变γ_max计算完成；判断分析区域内每一个应变单元的最大剪应变γ_max是否发生突变，并记录相应单元发生突变时的时间段，满足以下条件则认为发生该单元最大剪应变发生突变；

式中：γ_i,max为在第i个时间段内应变单元的最大剪应变γ_max；

S7、搜索最大剪应变γ_max发生突变的应变单元，采用最小二乘法将该时间段内发生突变的应变单元中心坐标拟合成闭合曲线，该曲线所围区域即为该时间段的地基塑性区；

S8、将塑性区进行并集处理，则处理后所得的区域即为P₁荷载作用下的地基塑性区Area₁；

S9、重复S3-S8步骤，分别进行分级荷载P₂、P₃、P₄…P_N施加，直至全部分级荷载施加完成或者地基失稳破坏无法继续施加荷载，得到对应荷载下的地基塑性区Area₂、Area₃、Area₄…Area_N；

S10、按分级加载顺序匹配地基所受荷载P_i与地基塑性区Area_i，即可得到地基塑性区随分级荷载施加的动态发展过程。

2.根据权利要求1所述的受荷地基塑性区动态发展的非接触式模型试验观测方法，其特征在于：均布荷载采用加载板(3)对土体进行加载，加载板(3)距模型槽(1)内壁边缘的距离大于等于加载板(3)长度，加载板(3)距模型槽(1)底部的距离大于等于平板荷载长度的1.5倍。