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土体介质是一种多尺度的复杂体系,不同尺度上有不同的结构层次和不同的物理演化过程。土体破坏往往是局部变形发展并逐渐累积的结果,传统土力学三轴试验测得的应变是土样整体应变的平均值,无法获得变形过程中土体局部变形演化信息,具有明显的局限性。数字图像标点法具有非接触、精度高的特点,可以揭示土体在受力状态下局部小尺度的变形过程。
本文以武汉地区普通黏土为研究对象,采用数码相机基于数字图像标点法对无侧限压缩试验中土样局部微小区域的应变发展进行量测,对比分析整体与局部的变形演化过程和应力-应变特性,分析土样整体的变形或破坏状态与局部微小区域变形发展的对应关系,为建立土样整体与局部小尺度间的物理力学联系提供试验依据。论文的主要研究内容包括:
(1)统计分析数字图像标点法应变量测精度与相机感光度ISO的相对关系,确定了用于应变量测试验的最优感光度设置。分析结果表明,感光度ISO越低,方法精度越高,在感光度ISO100条件下,应变量测精度可达10-5数量级,节点定位精度可达±0.21~0.42像素。采用一种基于光学标定的畸变函数模型对镜头径向畸变进行校正,经过校正后,系统误差可以控制在0.01%以内。
(2)对不同密度和含水率等级的土样进行无侧限压缩试验,并利用数字图像标点法对土样中部微小区域进行应变跟踪量测,对由传统方法测得的土样整体应变与数字图像标点法测得的局部应变发展过程进行对比。分析结果表明,整体轴向应变与局部轴向应变之间存在明显差异,差异形式和程度因土样而异。
(3)分析局部微小区域内不同位置处应变和切线泊松比的发展规律,结果表明,中部局部区域内环向应变在初始阶段总会出现负值;在局部微小的范围内,应变的分布并不均匀,不均匀程度与标记区域内有无剪切带等应变集中带出现、标记区域附近变形破坏形式以及土样本身的性质有关;切线泊松比经历初期的增长后一般维持在0.5以下,在中后期,随着标记区域内及周围变形破坏方式的不同而出现继续增大、减小或保持相对稳定等状态。