隨著我國基建技術(shù)的飛速發(fā)展，許多超級工程都讓世界感到震撼。公路、橋梁、鐵路等建設(shè)工程不斷推進(jìn)，重型車輛、飛機(jī)等交通工具的使用，對于公路的承載特性提出了更高要求。長周期交通荷載，易造成路基的變形沉降和損壞，在輪胎軋壓、飛機(jī)在起飛、降落過程中，對路基產(chǎn)生沖剪效應(yīng)。

    在路基工程設(shè)計(jì)時，要考慮路基沉降變形，路基內(nèi)部土層的受力和變形特點(diǎn)。另外，島礁特殊的地理?xiàng)l件，路基的填筑需考慮鈣質(zhì)砂礫在路基受荷條件下的變形和顆粒破碎問題，水位升降、雨水淋濾蒸發(fā)等對路基結(jié)構(gòu)性的影響。

    復(fù)雜多變的交通荷載是工程設(shè)計(jì)時考慮的難題，設(shè)計(jì)不當(dāng)會對道路路基產(chǎn)生影響，影響交通工具行駛安全。山東某大學(xué)進(jìn)行鈣質(zhì)砂剪切特性實(shí)驗(yàn)研究，采用新拓三維DIC技術(shù)實(shí)時采集數(shù)據(jù)，分析鈣質(zhì)砂在常壓和高壓下的位移、應(yīng)力、應(yīng)變等特性，研究成果可為交通、島礁工程建設(shè)提供借鑒，也可為路基結(jié)構(gòu)的研究提供參考。

    鈣質(zhì)砂剪切特性實(shí)驗(yàn)

    剪切特性試驗(yàn)是研究土力學(xué)性質(zhì)最常用的試驗(yàn)手段之一，所獲得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線是建立本構(gòu)模型的基礎(chǔ)。以下左圖為直剪試驗(yàn)儀器，右圖為島礁附近海域選取的試驗(yàn)用鈣質(zhì)砂。

    鈣質(zhì)砂試樣

    試驗(yàn)之前在試驗(yàn)機(jī)中放入少量砂石，利用DIC技術(shù)采集計(jì)算一組靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，分析砂石原色在玻璃平面下的圖案能不能用系統(tǒng)計(jì)算出來。通過計(jì)算數(shù)據(jù)反饋，確定砂石不需要著色處理即可計(jì)算分析。

    本次研究開展了多組室內(nèi)直剪試驗(yàn)，包括了不同剪切應(yīng)力、不同砂石顆粒度和不同法相加載方式環(huán)境下實(shí)驗(yàn)。通過在直剪過程中的數(shù)據(jù)采集，對影響鈣質(zhì)砂抗剪強(qiáng)度的各種因素如應(yīng)力、飽和度、密度等進(jìn)行了總結(jié)，分析出鈣質(zhì)砂試樣的剪切特征。

    數(shù)據(jù)分析

    試驗(yàn)對鈣質(zhì)砂試樣進(jìn)行了多次循環(huán)剪切，并輸出剪切帶位移圖和分析曲線。

    鈣質(zhì)砂因其顆粒形狀不規(guī)則、易破碎、高孔隙比等特征，其力學(xué)性質(zhì)較為特殊，采用室內(nèi)大型直接剪切試驗(yàn)，采用新拓三維DIC技術(shù)觀測加載過程中試樣的變形情況，可更精準(zhǔn)地分析鈣質(zhì)砂在不同含水率、不同密度和不同礦物組成條件下的剪切特性。

    獲取路基變形，土體內(nèi)部受力和孔隙水壓力變化等參數(shù)，并利用DIC技術(shù)對路基分層變形、土體位移進(jìn)行分析，有助于探究在交通荷載作用下，路基沉降、土體內(nèi)部受力、變形的情況，分析路基變形過程中土體的位移情況，進(jìn)而對工程設(shè)計(jì)和建設(shè)提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。