静水压力卸载法测定应力应变全过程材料参数的方法

摘要

本发明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。

主权项

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＝σ₁₁^H，σ₂₂＝σ₂₂^H，σ₃₃＝σ₃₃^H，静水压力和初始应变ε_ii^H的关系为：σ_ii^H＝C_iijj⁰ε_jj^H，i,j∈(1,3)   (1)式中，C_iijj⁰为初始刚度矩阵；(1.2)施加偏应力q，q＝σ₁₁+σ₁₁^H‑σ₁₁^H；当施加偏应力大于比例极限应力q^Yield时，线性应力‑应变关系表示为：σ₁₁+σ₁₁^H＝C_11jj^bε_jj   (2)σ_ii^H＝C_iijj^bε_jj，i∈(2,3),j∈(1,3)   (3)式中，C_iijj^b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C₁₁₁₁^b,C₁₁₂₂^b,C₁₁₃₃^b，利用公式(3)计算得到C₂₂₂₂^b,C₂₂₃₃^b,C₃₃₃₃^b，由刚度矩阵的对称性知C₂₂₁₁^b＝C₁₁₂₂^b,C₂₂₃₃^b＝C₃₃₂₂^b,C₃₃₁₁^b＝C₁₁₃₃^b，同时校核C₂₂₁₁^b,C₃₃₁₁^b,C₃₃₂₂^b，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C_V，或者三向同时等量卸载时，计算得到1/C_V；(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+σ₁₁^H‑α₁₁P＝C_11jj^bε_jj   (4)σ_ii^H‑α_iiP＝C_iijj^bε_jj，i∈(2,3),j∈(1,3)   (5)在饱和条件下获得材料刚度参数C_iijj^b的条件下，利用公式(4)、公式(5)，外加应力σ_ii,i∈(1,3)恒定，对非排水试验的水压力从P^a卸载至P^b，则应变ε_ii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：α_iiΔP＝C_iijj^bΔε_jj(α_ii,i∈(1,3))   (6)P^a‑P^b＝ΔP公式(6)计算得到三个Biot系数α₁₁,α₂₂,α₃₃。