基于SBISP的易扰动土变形过程及变形模量研究

自主研发的自钻式原位剪切旁压试验（SBISP）对土体的扰动小，在独特的多级复合加载条件下，能够同时获得土的抗剪强度、多级应力-应变曲线，对研究易扰动土的力学变形响应有利，但其在确定变形模量方面尚不成熟。本研究将基于SBISP新技术，运用模型试验、颗粒流理论、原位和室内试验等综合方法，研究易扰动土在复杂加载条件下的变形过程和变形模量。在室内模型试验中，运用先进的数码摄影可视化跟踪技术与数字信息处理技术，研究土在不同状态、应力历史和水平条件下，SBISP测定器与周围土体的受力变形机理，揭示周围土体的变形场变化过程；采用颗粒流理论，模拟分析周围土颗粒移动轨迹、密度场与宏观变形参数之间联系；结合原位SBSIP、旁压试验和室内试验等结果的对比分析，验证变形模量数据，深化变形机理认识，进而提出SBISP合理的变形模量确定方法，提高测试精度。这对工程建设提供新的合理的土工参数具有重要的理论和现实意义。

本研究基于SBISP新技术，运用室内模型试验、颗粒流理论等综合方法，研究易扰动土在多级加载条件下的变形过程和变形模量。在室内模型试验中，研制了可视化模型实验装置，直观地揭示了测定器周围土体的变形场变化过程；采用颗粒流理论，建立数值模型，模拟了SBISP的多级加载过程，并与室内模型试验对比，得到了试验过程中测定器周围砂颗粒位移场、应力场演化过程；随着剪应力的逐级施加，中间区域颗粒的位移量不断增大，且位移矢量方向性更加显著；分析了距测定器不同距离处球颗粒的运动轨迹变化，发现中部区域球颗粒的运动轨迹成台阶状，且随距探头距离的增大由近到远可分为三个特征区域；探讨了测定器长径比对试验结果的影响，发现当L/D较小时，所得抗剪强度偏大，当L/D大于某一值时，剪切应力峰值-径向应力拟合曲线基本不再发生变化；另外还研究了不同长方体形状颗粒含量对试验结果的影响。运用模型实验和PFC模拟分析，再现了加载变形的过程，深化了变形机理的认识，说明运用SBISP测试土体的变形模量是可行合理的。