粗粒料浸水濕化變形特性試驗及其數(shù)值模型研究.pdf

1、土石壩粗粒料浸水濕化變形，是目前高土石壩設計理論中的關鍵問題之一，但沒有很好解決。本文采用改進的儀器、通過試驗和理論分析及數(shù)值模擬，對該問題進行了系統(tǒng)深入研究。 基于目前三軸濕化變形試驗儀器存在的問題，本文改進了一套可以進行保持應力不變的三軸剪切試驗設備。該套設備結合了電子萬能試驗機和GDS液體壓力控制器，同時采用計算機軟件進行控制，實現(xiàn)了三軸剪切試驗的應力控制、數(shù)據(jù)自動采集和不同應力路徑試驗的目的。 利用該儀器對粗粒料

2、濕化變形特性進行了系統(tǒng)的試驗研究。通過試驗，揭示了濕化變形的基本規(guī)律；發(fā)現(xiàn)了濕化軸變和濕化體變之間的關系；對濕化后再加載表現(xiàn)出先線性后非線性變形性狀從彈塑性理論的角度進行了解釋；分析了濕化對抗剪強度的影響，認為濕化后土體峰值抗剪強度指標不隨濕化應力水平而變且與飽和態(tài)值相等；論述了單雙線法的優(yōu)缺點，建議了“改進的雙線法”；提出了“最大濕化應力水平”的概念，利用該概念合理解釋了“在較高濕化應力水平下低圍壓的濕化軸變大于高圍壓的”的特殊現(xiàn)象；

3、建議了密實粗粒料的“單線法”濕化變形經(jīng)驗公式，并討論了該公式的適用性。 對濕化變形試驗中影響試驗結果的時間、停機變形及變形穩(wěn)定標準進行了深入研究。得到了停機變形、濕化變形隨歷時變化的基本規(guī)律，表明：當達到一定歷時后，上述兩種變形與歷時對數(shù)間呈線性關系。同時，停機變形不可忽略，否則，測得的濕化變形可能偏大。結合以上規(guī)律提出了達到“穩(wěn)定變形階段”時刻作為變形穩(wěn)定標準，討論了其合理性，同時建議了三軸濕化試驗中停機變形和濕化變形穩(wěn)定的參

4、照標準。 結合濕化試驗進行了粗粒料濕化顆粒破碎試驗研究。根據(jù)干濕態(tài)顆粒破碎試驗，得到了顆粒破碎基本規(guī)律，建議了歸一化的顆粒破碎經(jīng)驗公式；基于顆粒破碎的能量分析，發(fā)現(xiàn)了顆粒破碎率與外力塑性功、顆粒破碎能之間近似成冪函數(shù)關系，特別是顆粒破碎能占外力塑性功的比例幾乎不隨應力狀態(tài)而變；通過濕化顆粒破碎試驗，揭示了濕化顆粒破碎基本規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了其與濕化變形間有較好的相關性，從能量的角度指出了外力塑性功為濕化顆粒破碎提供了能量，特別地從顆粒破

5、碎角度剖析了濕化變形基本規(guī)律。 基于試驗和橢圓—拋物雙屈服面彈塑性模型，提出了濕化變形塑性模型。該模型依據(jù)經(jīng)典塑性理論，能夠明確指定復雜應力狀態(tài)下濕化變形的各分量。進一步驗證表明，其能夠很好的反映密實粗粒料濕化變形特性。 通過對土石壩濕化變形有限元方法的分析，指出了該方法中存在的問題并進行了改進。結合糯扎渡土石壩工程實例，設計了考慮不同因素的計算方案，結果表明：文中指出存在的問題和所做改進是正確的；本文提出的濕化變形塑性