[发明专利]一种基于剪应变的土体破裂面确定方法和系统

权利要求书

1.一种基于剪应变的土体破裂面确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取一个装有土体作为模型箱，并对所述土体进行变形，将所述土体的变形的时间划分为至少3个时间段，观测所述土体的变形并得到与每个所述时间段对应的土体示踪点的位移场；

S2：获取一个所述时间段作为计算时段，并在所述计算时段的所述模型箱内构建三节点应变计算单元，所述三节点应变计算单元包括第一节点、第二节点和第三节点；

S3：根据所述土体示踪点的位移场得到示踪点位移场插值，根据所述示踪点位移场插值、所述第一节点、所述第二节点和所述第三节点计算所述三节点应变计算单元的节点位移坐标，所述节点位移坐标包括与所述第一节点对应的第一位移坐标，与所述第二节点对应的第二位移坐标，与所述第三节点对应的第三位移坐标；

S4：根据所述第一位移坐标、所述第二位移坐标和所述第三位移坐标计算所述三节点应变计算单元的正应变和剪应变；

S5：根据所述正应变和所述剪应变得到主应变和最大剪应变；

S6：获取所述计算时段前一个时间段的最大剪应变作为原始剪应变，根据所述最大剪应变和所述原始剪应变得到最大剪应变增量；

S7：重复步骤S2-步骤S6直至遍历所有所述时间段；

S8：获取一个所述时间段作为目标时段，将所述目标时段内的所述模型箱均匀分成至少2个竖向长条区域；

S9：获取所述竖向长条内的所有所述最大剪应变增量中的最大值，并将所述最大值的位置坐标记录为最大坐标；

S10：根据最小二乘法和所述最大坐标拟合成曲线，并记录为所述目标时段内土体塑性区的几何形态；

S11：重复步骤S8-步骤S10直至遍历所有所述时间段；

S12：按照所述时间段的先后顺序，记录第一个贯通所述模型箱的所述几何形态为土体破裂面几何形态。

2.根据权利要求1所述的基于剪应变的土体破裂面确定方法，其特征在于：步骤S1具体为，获取一个装有土体作为模型箱，并对所述土体进行变形，将所述土体的变形的时间划分为至少2个时间段，基于PIV技术观测所述土体的变形并得到与每个所述时间段对应的土体示踪点的位移场。

3.根据权利要求1所述的基于剪应变的土体破裂面确定方法，其特征在于，步骤S4具体为：

S41：获取所述三节点应变单元的三个节点的坐标，所述三个节点的坐标分别为第一节点坐标(x_i,y_i)、第二节点坐标(x_j,y_j)和第三节点坐标(x_m,y_m)，并根据下列公式计算出与所述第一节点坐标对应的第一节点位移坐标(u_i,v_i)、与所述第二节点坐标对应的第二节点位移坐标(u_i,v_i)和与所述第三节点坐标对应的第三节点位移坐标(u_i,v_i):

其中，A为3个节点所围成的面积：

4.根据权利要求3所述的基于剪应变的土体破裂面确定方法，其特征在于，步骤S5具体为：根据下列公式、所述第一位移坐标、所述第二位移坐标和所述第三位移坐标计算所述三节点应变计算单元的正应变ε_x,ε_y和剪应变γ_max：

其中表示u对x求偏导数，表示v对y求偏导数，表示u对y求偏导数，表示v对x求偏导数。

5.根据权利要求4所述的基于剪应变的土体破裂面确定方法，其特征在于，步骤S6具体为：根据下列公式、所述正应变ε_x,ε_y和所述剪应变γ_xy得到主应变ε₁,ε₂和最大剪应变γ_max：