本发明公开了一种冻土的高精度直线应力路径试验方法,其包括如下步骤:(1)试样横截面积修正时不计体积应变,进行近似直线应力路径试验;(2)依据步骤(1)试验结果,计算试验过程中实际体积应变,以此修正试样横截面积,得到实际应力路径斜率k′。本发明方法可以实现任意斜率的直线应力路径,填补了冻土中难以开展复杂应力路径试验的空缺;计算轴向应力时应用修正的试样横截面积,计入了体积应变,在修正试样横截面积时,采用的是上一次试验的轴向应变ε1与横截面积A的关系来进行修正,克服了当前加载时不能考虑体积应变的难题;本发明是在现有的冻土三轴仪上开发新应力路径试验方法,没有增加附加设备,大大提高了现有试验装置的使用效率等。
1.一种冻土的高精度直线应力路径试验方法,其特征在于:其包括如下步骤: (1)试样横截面积修正时不计体积应变,进行近似直线应力路径试验: 步骤一,制作冻土试样; 步骤二,将冻土试样放入冻土三轴仪的压力室,将压力室温度保持在目标试验温度; 步骤三,施加围压至应力路径的起点; 步骤四,设定目标应力路径斜率k,设定每步围压增量Δσ3; 步骤五,根据轴向应变ε1一般远大于体积应变εv的事实,设定每一步轴向应变增量不大于0.1%,首先不计体积应变对试样横截面积的修正,用A′=A0/(1-ε1)代替A=A0(1-εv)/(1-ε1)来计算冻土试样的近似横截面积A’; 其中:A0为冻土试样原始横截面积,εv为体积应变,ε1为轴向应变; 步骤六,根据步骤(1)中步骤四和步骤五,用计算设定每一步轴力增量然后,进行近似k斜率的直线应力路径试验; (2)依据步骤(1)试验结果,计算试验过程中实际体积应变,以此修正试样横截面积,得到实际应力路径斜率k’: 步骤一,步骤(1)试验结束后,测得步骤(1)试验过程中的Zd和Cd,利用(1-1)式计算试验过程中体积应变εv, 其中,Zd和Z0分别为冻土三轴仪轴向加压柱塞的当前位置和初始位置;V0为试验开始时冻土试样原始体积,Sh为围压加载系统活塞的横截面积,Cd为试验中围压加载活塞的当前位置,C0为试验开始时围压加载活塞的初始位置; 步骤二,将计算得到的每一步体积应变εv和步骤(1)试验中的ε1代入A=A0(1-εv)/(1-ε1)中,计算得到每一步试样真实横截面积A; 步骤三,根据步骤(2)中步骤二得到的每一步试样真实横截面积A和步骤(1)试验中的每一步实际轴力增量计算每一步真实轴向应力增量Δσ1=ΔF/Α; 步骤四,利用步骤(2)中步骤三计算所得每一步真实轴向应力增量Δσ1和预设的每一步围压增量Δσ3,依据(1-2)式计算得到实际应力路径斜率k’, 如果计算出来的实际应力路径斜率k’值与设定目标应力路径斜率k值的相对误差在试验允许精度范围内,则步骤(1)中的试验可作为满足精度k斜率直线应力路径试验。
2.根据权利要求1所述的一种冻土的高精度直线应力路径试验方法,其特征在于:所述步骤(2)中,实际应力路径斜率k’值与设定目标应力路径斜率k值的相对误差超过试验允许精度,则根据所述步骤(1)的试验结果,将所述步骤(2)中步骤二计算所得的每一步试样真实横截面积A,用高精度函数拟合步骤(1)中轴向应变ε1和试样真实横截面积A的关系,记为A=f(ε1); A、设定目标应力路径斜率k,设定每步围压增量Δσ3; B、设定每一步轴向应变增量不大于0.1%,利用函数A=f(ε1)计算冻土试样的近似横截面积A’; C、根据步骤A和步骤B结果,用计算设定每一步轴力增量然后,进行近似k斜率的直线应力路径试验; 试验结束后,重复所述步骤(2)步骤,计算试样真实横截面积A和实际应力路径斜率k’,若试验所得实际应力路径斜率k’值与设定目标应力路径斜率k值的相对误差在试验允许精度范围内,则本次试验可作为满足精度k斜率直线应力路径试验; 若试验所得实际应力路径斜率k’值与设定目标应力路径斜率k值的相对误差超过试验允许精度,则根据新的ε1-A函数关系式A=f(ε1),重复步骤A、步骤B和步骤C,再进行近似k斜率路径试验,反复迭代,直至实际应力路径斜率k’值与设定目标应力路径斜率k值的相对误差在试验允许精度范围内为止,最后一次试验可作为精度足够的k斜率应力路径试验。
3.根据权利要求1或2所述的一种冻土的高精度直线应力路径试验方法,其特征在于:所述冻土三轴仪为当前普遍具有应力控制、应变控制和多通道控制模式的低温三轴仪。
4.根据权利要求1或2所述的一种冻土的高精度直线应力路径试验方法,其特征在于:应力路径起点σ3为0时,可实现斜率k为(0,+∞)范围内的任意直线应力路径试验;应力路径起点σ3大于0时,可实现斜率k为(-∞,+∞)范围内的任意直线应力路径试验。
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