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助理教授Tejas Murthy的研究團隊致力于研究從軟巖到砂土的各種地質(zhì)材料的復雜行為。 顆粒狀材料的行為受到顆粒形態(tài)、整體的堆積、排水條件、顆粒間的粘聚力和應力條件（包括主應力的方向和大?。┑娘@著影響。我們將基于圖像的測量、物理建模和基本實驗室測試相結合，以獲得這種復雜材料響應的清晰視角。相應地，存在大量具有不同復雜程度的本構模型。然而，在開始任何預試驗之前，全面了解實驗室條件下的材料行為是很重要的。

傳統(tǒng)的三軸、直接剪切和簡單剪切試驗提供了有限邊界條件下的力學響應。

為了了解材料在各種應力和邊界條件下的力學行為，一套完整實驗室測試是必要的。 其中一些應力條件可以用一個空心圓柱體扭轉測試裝置來模擬。此外，該裝置獲得的實驗數(shù)據(jù)可用于校準現(xiàn)有的本構模型，也為開發(fā)新的本構模型提供了非常堅實的理論基礎。

Fig 1.IISc顆粒力學實驗室的GDS HCA，與博士Ramesh Kannan

為了研究這些復雜的材料體系在各種應力條件下的情況，我們采用了GDS HCA。這一選擇是基于儀器的質(zhì)量、服務（技術支持）和IISc在使用GDS設備方面的既往經(jīng)驗。 空心圓柱體扭轉裝置（HCA）為用戶提供了獨特的能力，以通過控制內(nèi)外單元壓力、軸向載荷和扭矩來獨立控制主應力的大小和方向。在各種邊界問題中遇到的復雜應力路徑，可以在受控的實驗室條件下重新檢查，以獲得對材料響應的獨特視角。通過這些測試，在研究顆粒材料的各向異性方面也有可能取得了重大進展. 此外，IISc小組還致力于通過HCA測試了解微觀結構特征，如顆粒的形狀和角度，以及這些特征如何影響顆粒材料的實際屈服面。

通過在IISc進行的HCA試驗，不僅可以在三維主應力空間中，而且可以在狀態(tài)空間中探索狀態(tài)邊界位點，例如臨界狀態(tài)位點。本研究采用角砂、球形玻璃珠和多種顆粒形態(tài)作為模型材料。當偏應力達到峰值時達到破壞狀態(tài)，當試樣體積應變恒定時達到臨界狀態(tài)。 在八面體平面上的主應力空間中繪制了臨界狀態(tài)點。 這些實驗結果被用于校準一些現(xiàn)有的本構模型，是建立多長度、尺度的模型的第一步。

在排水條件下的角砂上進行了一組初步實驗。在不同的b值(中間主應力比)下進行測試，b值以0.2間隔從0到1變化，在整個測試過程中主應力傾角保持在0°。 結果表明，當b值在0 ~ 0.5范圍內(nèi)變化時，偏應力峰值基本保持不變，之后偏應力峰值減小。由于p’也保持不變，偏差應力的變化代表了臨界狀態(tài)摩擦角隨b的變化。 圖2顯示了三維應力空間的二維表示，其中臨界狀態(tài)點分別用基準Mohr coulomb和Lade破壞模型繪制,其中內(nèi)摩擦角φ = 34°、無量綱常數(shù)η = 48.3。

目前正在對這些顆粒狀材料的顆粒形態(tài)和宏觀力學行為進行關鍵的研究。形狀描述的圖像分析和基本響應的HCA測試正在進行中。 在不久的將來，還設想將實驗擴展到其他復雜材料靜態(tài)和循環(huán)載荷下測試。

空心圓柱裝置是研究顆粒狀材料行為的一種特殊工具，并提供了這些材料在各種邊界條件下的響應的一個非常清晰的圖像。觀察材料行為的獨特特性，如應力和應變的非同軸性，以及在不同應力和應變水平下的各向異性描述，在這里也是可能的。

Fig 2.砂的模型破壞面與實驗破壞面