颗粒材料平面剪切实验与剪切带相关研究

摘要

根据流体动力学中库爱特流流动的特点,设计了一种新型颗粒材料平面剪切实验装置,并采用数字图像相关方法(DIC)分析了颗粒材料剪切带的形成过程.结果表明:①该实验装置结合DIC方法可以观测到剪切带的形成过程;②剪切开始时,颗粒孔隙率发生变化,颗粒重新分布,形成了漩涡状剪应变区域,随着剪切的进行,剪应变逐渐增大,带状、漩涡状应变区域半径逐渐减小乃至消失,最终融合形成了一条连续的贯穿整个颗粒面的曲线带状区域,即为剪切带;③剪切带位置处于整个颗粒面上部1/4处,其分布区域宽度是颗粒最小粒径的9～12倍,最大粒径的3～4倍,剪切带平均厚度为分布区域宽度的1/2;④对比不同压强下的剪切实验结果,可以发现剪切带最终形成位置变化不大,压强对剪切带的形成位置影响较小,而剪切带处的剪应变大小与剪切带形成位置有关,剪切位置越深,剪应变越大.