基于数字图像相关方法的单轴压缩黏土试样剪切带剪胀实验研究

摘要

剪切带的体积变形研究对于正确认识剪切带的变形破坏机理具有重要意义.为了研究单轴压缩黏土试样剪切带的体积变形特征,在土样微裂纹出现时根据局部体积应变较高的位置(位于剪切带上)布置测线,在利用数字图像相关方法获得的应变场进行插值的基础上,统计获得局部体积应变的均值和标准差的演变规律,提出了局部扩容角的概念.研究发现:(1)总体上,在压缩过程中,剪切带的体积变形由压缩向膨胀转变,但期间会出现由膨胀到压缩的反复过程.(2)尽管在加载过程中土样整体一直表现为压缩,但局部(剪切带上一些位置)体积膨胀发生于纵向应变=0.04～0.09时,若以测线上局部体积应变的均值出现大于0作为评价标准,则局部体积膨胀发生于纵向应变=0.06～0.14时.(3)局部体积应变的峰迁移的速度可达(3.77～8.48)×10-5 m·s-1.(4)若根据局部体积应变的高值区位置布置测线,当测线上局部体积应变的均值从小于0变为大于0之后,土样整体体积表现为压缩,剪切带上局部扩容角的最大值在13.47° ～56.26°之间快速增加.若根据狭长剪切带位置布置测线,剪切带上局部扩容角的平均值在16.60° ～45.79°之间快速增加.在土样整体表现为压缩的前提下,通过定义常规意义上的扩容角,不能解释客观发生的局部体积膨胀现象.