[发明专利]获取粒料非线性泊松比的方法

说明书

本发明涉及材料工程力学性能，公开了一种获取粒料非线性泊松比的方法，包括如下步骤：1)以一定的应力水平下对粒料进行动态三轴试验，测量粒料的水平向变形和竖直向变形；2)计算该应力水平下的泊松比；3)重复进行步骤1)和步骤2)，计算不同应力水平下的泊松比；4)引入应力依赖模型；5)进行参数回归分析，确定模型参数，得到粒料非线性泊松比预测模型。本发明的方法能够建立预测不同应力水平下粒料泊松比的预测模型，方便、准确地获得各种应力水平下的泊松比，满足工程建设的需要。

技术领域

本发明涉及材料工程力学性能，具体地，涉及一种获取粒料非线性泊松比的方法。

背景技术

泊松比是指材料在单向受拉或受压时，横向应变与轴向应变的绝对值的比值，它是反映材料横向变形的弹性常数。材料沿载荷方向产生伸长或缩短变形时，在垂直于载荷的方向会产生缩短或伸长变形。垂直荷载方向上的应变与沿载荷方向上的应变之比的负值称为材料的泊松比。在单一材料的弹性变形阶段，泊松比为一个常数；超越弹性变形阶段后，泊松比随应力的增大而增大。传统材料的泊松比一般不超过0.5。

粒料是土木工程中常见的建筑材料，广泛应用于道路基层、垫层等。粒料的泊松比取值对结构的应力状态，尤其是剪切应力，影响显著。在工程应用中，粒料颗粒在荷载作用下产生迁移、滑移、翻转，因此泊松比不再是定值，而是随着应力水平的变化而变化。在一定情况下，甚至可能出现泊松比大于0.5的情况。也就是说，粒料的泊松比具有明显的应力依赖性。而粒料的泊松比直接影响地基的变形和沉降，影响土木工程的结构和参数设计。因而在土木工程中需要获取粒料在各种应力水平下的泊松比。

目前有关粒料特性的研究主要集中在动态回弹模量方面，而在粒料泊松比方面的研究受到了忽略。在工程应用中一般将泊松比视为定值，并根据经验进行材料赋值。这就影响了土木工程设计的准确性，对工程建设的稳定性产生了隐患。目前尚没有一种能够较为准确的获取粒料非线性泊松比的方法，而采用实验的方法只能获取粒料在特定应力水平下的泊松比。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种获取粒料非线性泊松比的方法，能够方便、准确的获取粒料的非线性泊松比。

为了实现上述目的，本发明提供一种获取粒料非线性泊松比的方法，包括如下步骤：1)在设定的应力水平下对粒料试件进行动态三轴试验，测量粒料试件的水平向变形和竖直向变形；2)计算该应力水平下的泊松比；3)重复进行步骤1)和步骤2)，计算不同应力水平下的泊松比；4)引入粒料非线性泊松比的应力依赖模型；5)进行参数回归分析，确定模型参数，得到粒料非线性泊松比预测模型。

具体地，在所述步骤1)中，所述应力水平包括围压和偏应力。在该优选技术方案中，通过施加围压和偏应力能够形成粒料所受的多种应力形式，不同的围压和偏应力的组合形成了粒料的各种应力状态，以到粒料在各种应力状态下的泊松比。

进一步地，所述围压为10-150kPa；所述偏应力为10-600kPa。在该优选技术方案中，10-150kPa的围压范围和10-600kPa的偏应力范围覆盖了正常的路面结构中可能出现的应力水平，使得通过动态三轴试验得到的粒料泊松比能够涵盖所有合理的应力范围，因而更具代表性。同时又不会对用于动态三轴试验的试件产生破坏。

优选地，在所述步骤1)中，所述应力水平由不同的围压和不同的偏应力组合而成。通过该优选技术方案，使用不同的围压和不同的偏应力组合形成的应力水平进行动态三轴试验，所得到的粒料泊松比更加合理且更具有代表性。

优选地，在所述步骤1)中，所述水平向变形和竖直向变形的测量方法为，使用线性位移传感器测量所述粒料试件在动态三轴试验过程中的水平向位移和竖直向位移，得到所述粒料试件的水平向变形和竖直向变形。在该优选技术方案中，使用线性位移传感器测量粒料试件的水平向位移和竖直向位移，检测较为方便，结果也更准确。