[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

摘要

本发明涉及岩土工程试验研究技术领域，公开了受荷地基塑性区动态发展的非接触式模型试验观测方法，基于粒子图像测速技术(PIV)获得模型试验中地基在不同荷载作用下的位移场，再将位移场转换成相应的剪应变场，最后通过分析不同荷载作用下最大剪应变场的变化情况来确定地基塑性区的动态发展规律。本发明首次提出了通过模型试验确定受荷地基塑性区动态发展的观测方法，并根据分级加载的地基塑性区模型试验，利用粒子图像测速技术确定位移场，再通过二次分析确定地基塑性区的动态发展规律；测试中采用非接触式模型试验，排除了试验过程中地基土体的人工扰动，减少常规方法中后期数据处理工作，显著提高效率。

主权项

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。