新型土工平面应变仪的开发与研制

岩土工程领域中的基坑失稳和土体坍塌等重大工程事故多属于平面应变条件下的变形局域化问题。平面应变试验是通过测试处于平面应变受力状态下的土体的物理力学性质指标,为工程设计及数值计算提供合理的力学参数,并对实际工程问题进行预测和分析。该试验方法虽然研究开发的时间较早,但至今仍不完全成熟。 本课题依托数字图像测量技术,设计了新型土工平面应变仪,主要用于研究土样在平面应变条件下的变形特性,并且观察试验过程中土体剪切带的形成、剪切带的位置、剪切带的发展过程,并讨论剪切破坏的形成机理,找出出现剪切带现象的条件,期望对土体本构关系有进一步的认识,并得出对工程建设有指导意义的结论。 本文在参考借鉴已有的平面应变试验设备的基础上,开发研制了新型土工平面应变仪,其主要特点是在小主应力σ3方向上采用方形柔性加压囊进行加载并实现σ3在试验过程中的自动控制,在大主应力σ1方向采用活板方案设计使得轴力测量值更加精确,应用数字图像测量技术可以更好地研究土样的变形和剪切破坏过程,可以与三轴试验共用一个加载主机。 针对平面应变仪的功能要求,本文完成了整个装置的机械结构设计,主要包括底座,后板,前视窗组件、侧向加载组件、柔性加压水囊、轴向加载组件、扣板组件及试样组件等；针对装置的功能需求设计了实现加载控制功能的加载主机；依托数字图像测量系统实现了试样径向变形、轴向变形以及排水管体积变化的实时监测与同步测量,并针对整机测控系统的要求完成了控制部分的系统设计。