堆石體物理力學(xué)特性及其工程應(yīng)用研究.pdf

1、堆石體是一種有一定級(jí)配、無(wú)凝聚性、滲透能力很強(qiáng)的摩擦型集合料，并具有獨(dú)特的物理力學(xué)特性。其特殊性主要是因?yàn)樗怯深w粒和孔隙組成，其性質(zhì)與顆粒的大小、形狀及分布特征有關(guān)，并且在載荷作用下，這些參量將不斷發(fā)生變化，堆石體物理力學(xué)性質(zhì)也隨之改變。論文采用散體力學(xué)、顆粒力學(xué)的相關(guān)理論對(duì)堆石體的強(qiáng)度和變形機(jī)理進(jìn)行研究，并考慮到堆石體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的變化特征，將微觀結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)與宏觀力學(xué)量統(tǒng)一起來(lái)，建立相適應(yīng)的力學(xué)模型，將微觀與宏觀聯(lián)系起來(lái)，進(jìn)一步

2、完善了對(duì)堆石體的研究。 論文完成的主要研究工作有： 有關(guān)堆石體物理力學(xué)性質(zhì)方面，在已有研究成果基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)研究成果進(jìn)行綜合比較、分析、研究、總結(jié)，并借鑒散體力學(xué)、顆粒力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)相關(guān)理論，把有關(guān)堆石體的物理力學(xué)性質(zhì)的研究成果融匯成了一個(gè)較完善的基礎(chǔ)理論體系。從巖石的破碎機(jī)理出發(fā)，建立了堆石體粒徑分布的對(duì)數(shù)正態(tài)分布模型，可以較好的預(yù)測(cè)爆破堆石體的粒徑分布。 對(duì)堆石體的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了較全面的試驗(yàn)研究，包括現(xiàn)場(chǎng)

3、測(cè)試與分析、現(xiàn)場(chǎng)大型碾壓試驗(yàn)、原位剪切試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)、三軸剪切試驗(yàn)等，對(duì)堆石體的顆粒分布、抗剪強(qiáng)度、滲透特性、壓縮性以及沉降特性進(jìn)行了研究，豐富了理論研究?jī)?nèi)容，為工程應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。 從堆石體的組構(gòu)特征出發(fā)，以數(shù)理統(tǒng)計(jì)為工具，研究了顆粒間的接觸力以及接觸力的法向分布，得出了顆粒間接觸力的概率分布。研究了堆石體的力學(xué)性質(zhì)與顆粒的空間堆積方式、孔隙的大小及孔隙的空間分布之間的關(guān)系。 運(yùn)用散體顆粒力學(xué)和

4、數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論，從顆粒的空間堆積形態(tài)出發(fā)，分析顆粒間的接觸關(guān)系、接觸力，并建立了堆石體顆粒間的局部微觀接觸力與宏觀應(yīng)力之間的關(guān)系。 從堆石體顆粒的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，建立了堆石體的剛性接觸模型，將顆粒間的接觸力同局部應(yīng)力聯(lián)系起來(lái)，建立了堆石體的局部本構(gòu)模型。以堆石體局部本構(gòu)關(guān)系為基礎(chǔ)，并從微觀到宏觀，建立了堆石體的二維、三維本構(gòu)模型，把堆石體的微觀顆粒組構(gòu)特征與其宏觀物理力學(xué)特性聯(lián)系起來(lái)，為進(jìn)一步研究堆石體物理力學(xué)特性奠定了理論基礎(chǔ)。

5、 通過(guò)理論分析、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)值分析等手段，研究了堆石體內(nèi)土壓力的分布狀況，對(duì)堆石體的成拱機(jī)理進(jìn)行了理論研究，并分析了堆石體對(duì)其內(nèi)部構(gòu)筑物安全性的影響。以堆石體的成拱效應(yīng)為算例，以數(shù)值分析為手段，對(duì)堆石體填筑結(jié)構(gòu)的土壓力分布進(jìn)行了數(shù)值模擬，驗(yàn)證了堆石體成拱效應(yīng)。 以幾個(gè)不同工程為實(shí)例，充分闡述了堆石體在工程中的典型應(yīng)用情況，充分應(yīng)用了堆石體壓實(shí)性能好、透水性強(qiáng)、填筑密度大、沉陷變形小、承載力高、穩(wěn)定性好等優(yōu)良工程特性，體現(xiàn)出