[发明专利]一种基于剪应变的土体破裂面确定方法和系统

说明书

本发明涉及一种基于剪应变的土体破裂面确定方法和系统，涉及土壤勘测领域。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2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；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、所述三节点应变计算单元计算所述三节点应变计算单元的节点位移坐标。本方案解决了如何准确的确定土体破裂面的形态的技术问题，适用于确定土体破裂面的形态。

技术领域

本发明涉及土壤勘测领域，特别涉及一种基于剪应变的土体破裂面确定方法和系统。

背景技术

在边坡、挡墙、基坑支护及桥台等支挡结构物设计中，需要进行稳定性分析，而支挡结构物后土体破裂面的确定是稳定性计算的重要前提条件。现有的土体破裂面的判断方法主要有2种：第1种方法是采用分层色砂进行模型试验，通过肉眼观测土体的破坏形态来拟合土体的破裂面；由于人的观察具有一定的主观性和随意性，且在观察过程中破裂面也在动态变化，因此，该方法难以有效地确定破裂面的实际形态。第2种方法是基于粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,简称PIV)得到土体变形破坏过程中的位移场，然后根据产生位移的土体与其下稳定土体的边界区域，人为圈定土体破裂面，受人为因素影响随意性较大。虽然该方法能得到土体破坏过程中的位移场，但破裂面和位移场之间没有直接的对应关系，仅能近似地确定破裂面形态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何准确的确定土体破裂面的形态。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于剪应变的土体破裂面确定方法，包括以下步骤：

S1：获取一个装有土体的模型箱，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。