真三维状态土体失稳的变形分叉理论与试验研究

本研究针对现有的应变局部化理论分析复杂应力状态下土体失稳现象所面临的一些列问题，从真三轴试验研究出发，提出三维非共轴的变形分叉理论来预测土体的失稳状态，并引进复合体理论描述土体失稳后的力学性状，将上述理论与有限元技术相结合可有效的降低单元网格尺寸的敏感性，从而为数值模拟土体渐进破坏过程提供了有效的途径。本研究成果可为今后土体失稳和变形控制提供理论依据。 2100433B

边坡失稳是水利水电工程、交通工程和城市建设中常见的工程地质灾害，也是工程地质和岩土工程领域的研究热点。土质边坡失稳因周围土体约束的空间效应而呈现明显的三维特征，加固体的存在将进一步强化三维效应。由于数学模拟与力学分析方面的局限，二维分析方法仍是边坡稳定分析中的常用手段。本项目针对三维土质边坡的稳定性问题，采用模型试验和解析分析相结合的方法开展系统研究，探索土坡三维失稳的机理及其极限分析方法。通过三维边坡失稳的压载试验和离心试验确定其破坏机制和滑动面特征，分析土体参数的影响规律；基于所得滑动面，研究三维土质边坡稳定性的极限分析方法，进而提出考虑加固体刚度与强度作用的三维分析理论，结合模型试验探讨土坡与加固体共同作用机理。研究成果对于阐明三维边坡失稳与加固机制具有重要意义，提出的试验方法和设备可应用于相关研究，三维极限分析和加固评估方法的建立为边坡稳定的分析设计与减灾控制提供科学依据。

累积变形加载真三轴试验箱专利目的

《累积变形加载真三轴试验箱》提供了一种累积变形加载真三轴试验箱，利用具有良好韧性的液压钢囊所产生的变形累积对岩石试件进行“内部加压”，能够进行不同岩性尺寸试件的试验，结构简单，造价低，试验数据精准，操作便捷。

累积变形加载真三轴试验箱技术方案

《累积变形加载真三轴试验箱》采用以下技术方案：

累积变形加载真三轴试验箱，包含有底座、箱体、箱盖、液压钢囊和手动压头，所述箱体固定设置于底座，所述箱盖固定在箱体顶部并可拆卸，所述箱体内部中心位置用于放置试件，所述试件四面及顶部设置有多个液压钢囊，所述设置于试件四面和顶部的液压钢囊外围分别设置有垫块，所述液压钢囊通过进油管、出油管与外部油压控制装置的油管连接，所述手动压头设置为两个，分别通过箱体的相邻两侧面旋入箱体内，通过垫块间接对液压钢囊进行挤压。

所述箱体呈方体对称结构，其底部四角分别设置有立柱，所述箱盖上设置有与立柱相对应的四个孔，并通过螺母将箱盖固定于箱体顶部。

所述液压钢囊的囊体由两块尺寸相同钢板四周边缘焊接而成，所述液压钢囊的进油管和出油管对称设置，通过箱体底部的孔与外部油压加压装置连接，并且每两个相邻液压钢囊的进油管和出油管交错布置。

所述垫块采用块状垫块或板状垫块。

还包括有肋板，所述肋板分别与箱体和底座固定连接，用于对箱体的支护。

累积变形加载真三轴试验箱改善效果

《累积变形加载真三轴试验箱》改变传统试验设备中通过压力机等外力给岩石试件施加压力的方式，结构简单，利用设置于箱体内试件周围的液压钢囊产生的变形累积对试件进行“内部加压”，只需与油压加压装置配合使用，可承担岩石的单轴、双轴、三轴加载试验，也可承担岩爆试验，也可通过控制其中单个液压钢囊的油压对试件变形量进行控制，进行岩石卸载试验，结构简单，液压钢囊可根据试件变形量情况加工成适合的尺寸，成本低廉，操作方便但符合试验操作规范，试验数据精准，适宜研究机构推广应用。

图1为《累积变形加载真三轴试验箱》整体结构示意图；

图2为《累积变形加载真三轴试验箱》纵切面示意图。