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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材料的復雜行為。 顆粒狀材料的行為受到顆粒形態、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小）的顯著影響。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據可用于校準現有的本構模型，也為開發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量、服務（技術支持）和IISc在使用GDS設備方面的既往經驗。 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，而且可以在狀態空間中探索狀態邊界位點，例如臨界狀態位點。本研究采用角砂、球形玻璃珠和多種顆粒形態作為模型材料。當偏應力達到峰值時達到破壞狀態，當試樣體積應變恒定時達到臨界狀態。 在八面體平面上的主應力空間中繪制了臨界狀態點。 這些實驗結果被用于校準一些現有的本構模型，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，其中臨界狀態點分別用基準Mohr coulomb和Lade破壞模型繪制,其中內摩擦角φ = 34°、無量綱常數η = 48.3。

目前正在對這些顆粒狀材料的顆粒形態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和循環載荷下測試。

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