三軸試驗
關注創建者：huoli 創建時間：2019-05-07
三軸試驗的視頻教程
離散元軟件PFC基礎視頻教程（下）（附模型代碼）
離散元軟件PFC基礎視頻教程（附模型代碼）（下） 課程目錄 模型屬性的設置 信息記錄及計算求解（07 measure 08 history 09 solve） 顆粒和接觸遍歷及信息記錄輸出（10-顆粒和接觸遍歷及信息記錄輸出） 地震波導入及加載（11-地震波導入及加載） 三軸試驗的伺服控制原理及實現（12-三軸試驗的伺服控制原理及實現） 三軸試驗的伺服控制原理及實現
￥19 19小時 164播放
查看
abaqus三軸排水及不排水剪切試驗
三軸排水及不排水剪切試驗模擬 源文件在視頻下方附件直接下載 偏應力-軸向應變曲線 體積應變-軸向應變曲線 劍橋模型的使用 排水邊界的設置 Applied Soil Mechanics with ABAQUS and Plaxis Applications電子書分享
￥30 34分鐘 525播放
查看
三軸試驗的實例教程
有限元模擬三軸固結排水試驗
模型概況
土體試樣尺寸：高 8 cm，直徑 4 cm；
土體力學參數：彈性模量 10MPa，泊松比 0.3，粘聚力 10 kPa，內摩擦角 30°;
試驗荷載：圍壓 100kPa；
試驗類型：等應變式三軸試驗，豎向應變為 10%；
模擬的目標
1、等壓固結完成時的應力狀態
2、獲得三軸試驗剪切破壞時的豎向應力
模型注意事項
1、簡化為軸對稱問題
2、彈性階段采用線彈性本構模型，塑性階段采用莫爾-庫倫本構模型
3、將固結完成后的應力狀態作為初始狀態
4、不考慮等壓固結的變形
5、采用 abaqus 的 Geostatic 分析步模擬等壓固結完成后的應力狀態
6、采用軸對稱應力單元 CAX4 ，只劃分一個單元
7、剪脹角采用 abaqus 默認的最小值 0.1°
有限元模型
注：斜體樣式只劃分一個單元，單元類型 ：4節點線性軸對稱應力單元
豎向應力與豎向應變關系
得到土體試樣剪切破壞時的豎向應力為 334.6kPa，與理論計算結果一致。
土體試樣的初始應力場設置
初始應力的設置需要滿足平衡條件：等效節點荷載要和外部荷載、邊界條件平衡。如果達不到平衡，將不能得到一個位移為零的初始狀態。此時所產生的應力場也不是所施加的初始應力場。
在本例中，等壓固結完成后的應力場為：三個方向的主應力都為 100kPa。在初始步設置初始應力如下：
在 Geostatic 分析步定義邊界條件為：對稱軸處 X 方向位移為零，底部 Y 方向位移為零。在頂面和右側施加圍壓 100kPa。得到的初始應力場如下：
對應的土體試樣位移云圖如下，可以判斷 Geostatic 分析步未產生位移：
展開 三軸壓縮試驗適用于測定黏性土和砂性土的總抗剪強度參數和有效抗剪強度參數。
2. 試驗方法
室內測定抗剪強度的方法一般有直接剪切試驗、無側限抗壓強度試驗和三軸壓縮試驗。無側限抗壓強度實驗是三軸壓縮實驗中的一種特殊情況。三軸壓縮試驗與直接剪切試驗相比具有以下優點：能控制試樣排水條件，受力狀態明確，可以控制大小主應力，剪切面不固定，能準確地測定土的孔隙壓力及體積變化，由于具有這些優點，三軸壓縮試驗得到廣泛發展以后，使抗剪強度的研究工作也獲得了很大的進展。然而，三軸壓縮試驗也存在一定的缺點：主應力方向固定不變，試驗在軸對稱情況下進行，這些與工程實際情況有所不同。三軸剪切儀按試樣不同分為巖石三軸剪切儀和土的三軸剪切儀，土的三軸剪切儀按加荷方式不同又分為動三軸儀和靜三軸儀，靜三軸剪切儀又分為應力控制式和應變控制式兩種。
展開 有懂巖土工程三軸試驗的人么
排水三軸壓縮試驗
在這種情況下，在分析的第二步期間，頂板向下移動土壤樣品高度的一半。材料響應如圖 3.2.4-3 所示。根據所使用的理論，隨著位移的增加，土體或多或少地逐漸屈服，直到達到臨界狀態（即，當 ：見圖 3.2.4-2）時，響應完全是塑性的。“封頂”對材料響應有很大影響：對于指定的載荷路徑（圖3.2.4–2中的線），“封頂”理論預測，在標準化垂直位移為0.18時將達到臨界狀態，而“封頂”理論為標準” Cam-clay 理論預測，直到土壤樣品的高度減少一半時，才會達到臨界狀態。需要強調的是，這些結果是在小位移假設下得到的；盡管應力-應變響應是準確的，但載荷-位移響應并不是因為應變遠遠超出線性化應變-位移關系的合理范圍。
圖 3.2.4-3 修正的劍橋模型塑性響應。
排水三軸拉伸試驗
在這種情況下，在第二步中，頂板垂直向上移動。 這會降低土壤中的圍壓，因此在等效剪應力值低于壓縮情況時達到臨界狀態。 這在圖 3.2.4-3 中可以清楚地看到。這里有趣的是第三個應力不變量對塑性解的影響：這種依賴性通過參數 K 指定（有關完整討論，請參閱 Abaqus 理論指南）。由于目前的情況是純三軸拉伸，臨界狀態條件變為如圖 3.2.4-4 所示，這具有通過在 p-q 空間中展平屈服面來降低可實現的等效剪應力狀態的效果。對于此處指定的載荷路徑，解決方案遵循圖 3.2.4-4 中“標準”Cam-clay 理論的直線和包含依賴于第三個應力不變量的情況的直線。
圖 3.2.4-2 三軸壓縮解的屈服面輪廓。
圖 3.2.4-3 修正的劍橋模型塑性響應。
圖 3.2.4-4 三軸拉伸解的屈服面輪廓。
展開 在數值試驗之前，采用PFC進行巖體三軸試驗進行顆粒細觀參數標定。三軸試驗的樣品尺寸為直徑1m，高度2.5m。在PFC中生成9627個球體，顆粒的大小分布于0.005-0.1m之間，隨機分布）。顆粒之間采用接觸粘結模型，以模擬塔坪滑坡體破碎砂巖堆積層。三軸試驗以實際滑坡的堆積層碎裂巖體的力學參數為依據，通過三軸試驗反演本次模擬的滑體離散元顆粒及其接觸參數。由室內三軸試驗可知，塔坪滑坡的碎裂巖體的力學參數如下：滑體碎裂巖巖屑長石砂巖天然塊體密度平均值2.19g/cm3，單軸天然抗壓強度標準值為8E07 pa；變形模量標準值為1.8E09 Pa；泊松比平均值為0.24。反演獲取的抗壓強度為1.02E08 pa, 變形模量為7.28E08pa, 泊松比為0.30。
本次數值試驗構建群樁和滑坡結構體系的概化模型，先在FLAC/3D中構建抗滑樁群和滑坡體的有限元模型，抗滑樁群的懸臂端和嵌固段分開，且嵌固段與滑床之間通過接觸面連接。接著，將滑體的有限元模型刪除，在樁體懸臂端、滑床生成與離線元顆粒耦合的墻體，模型的四周和頂部生成墻體，用于生成滑體的顆粒。接著使用PFC命令流在墻體中填充顆粒。
滑體的顆粒分為Zone-A 、Zone-B和Zone-C三個區域。Zone-B為本次研究的主要分析區域，其顆粒尺寸為0.05-0.2 m，為了減少計算量，Zone-A和Zone-C的顆粒尺寸為0.1-0.25m。滑帶位置的厚度為0.5m，顆粒尺寸為0.05-0.2 m。其顆粒和接觸參數見表5-1與5-2。在墻體內生成顆粒后，使用切片工具進行刪除，將模型切割為坡面30°的概化模型。本次試驗構建的PFC-FLAC模型共有469166個顆粒。模型的寬度為20m，滑體的厚度為20m，滑床的厚度為20m，Zone-A的長度為5m，Zone-B的長度為20m和Zone-C的長度為39m。
展開 
三軸試驗的相關專題、標簽、搜索
三軸試驗的最新內容
不同OCR的不排水（上）及排水（下）三軸壓縮試驗模擬
圖3. 部分程序代碼展示
4 模型驗證
4.1 算例簡介
為驗證編寫的UMAT子程序的準確性和可靠性，在ABAQUS上使用UMAT子程序對三軸壓縮試驗模型進行數值模擬，并與室內三軸試驗結果進行對比。數值模型為直徑39.1 mm、高80 mm的標準三軸試樣。
循環加載下單節理砂巖三軸強度與變形試驗研究[J]. 中國礦業大學學報, 2020,49 (05): 819-825. DOI: 10.13247/j.cnki.
3 靜三軸壓縮試驗驗證
靜三軸壓縮試驗與【Duncan-Chang雙曲線模型的材料參數(Hyperbolic Material Model)】中描述的試樣相同，取自1#尾粉土，圍壓Sigma3分別為100kPa, 200kPa, 300kPa和400kPa。從圖中可以看出，沒有明顯的應變軟化趨勢，IB的值趨于0，因而可以推斷出尾粉土的靜態液化可能性不大。
在數值試驗之前，采用PFC進行巖體三軸試驗進行顆粒細觀參數標定。三軸試驗的樣品尺寸為直徑1m，高度2.5m。在PFC中生成9627個球體，顆粒的大小分布于0.005-0.1m之間，隨機分布）。顆粒之間采用接觸粘結模型，以模擬塔坪滑坡體破碎砂巖堆積層。三軸試驗以實際滑坡的堆積層碎裂巖體的力學參數為依據，通過三軸試驗反演本次模擬的滑體離散元顆粒及其接觸參數。
采用全自動三軸儀(TKA-TTS-1S)對完成循環的尾砂試樣進行剪切試驗,通過三軸試驗數據得出建模所需參數,建立PFC2D模型。
2 模型建立與分析
2.1 尾砂應力分析
通過三軸試驗,得到不同條件下原狀尾砂與加固尾砂的峰值應力柱狀圖(如圖2所示)。在干濕循環作用下,加固尾砂峰值應力呈逐漸遞減趨勢。
4.3.1模型邊界條件施加方法（達到初始平衡狀態、開挖類模擬、填筑類模擬、加載類模擬、周期性邊界、應力伺服）
4.3.2各種阻尼的選擇（粘滯阻尼、局部阻尼、滯回接觸模型）
4.3.3時步與時步縮放（靜力、動力問題時步及相關命令）
4.3.4試樣尺寸、顆粒數量、級配選擇
4.3.5 并行計算
土體單元試驗模擬
5 土體單元試驗模擬方法
5.1常規三軸剪切試驗模擬
測試設備為MTS 833 三軸向試驗臺，可利用同一套工裝測試襯套三向靜剛度曲線，如圖3 所示。
4.3.1模型邊界條件施加方法（達到初始平衡狀態、開挖類模擬、填筑類模擬、加載類模擬、周期性邊界、應力伺服）
4.3.2各種阻尼的選擇（粘滯阻尼、局部阻尼、滯回接觸模型）
4.3.3時步與時步縮放（靜力、動力問題時步及相關命令）
4.3.4試樣尺寸、顆粒數量、級配選擇
4.3.5 并行計算
土體單元試驗模擬
5 土體單元試驗模擬方法
5.1常規三軸剪切試驗模擬
