堆石體力學性能及海底電纜抗錨害研究.pdf

1、用于海底電纜拋石保護的堆石體，作為一種水下工作的離散介質(zhì)，是保證海底電纜不受外力破壞正常運行的關(guān)鍵。對堆石體力學性能開展實驗研究和理論研究，獲取堆石顆粒的重要參數(shù)，然后建立正確的離散元模型來研究堆石壩的抗錨害能力，對海底電纜的安全運行評估具有重要的指導意義。本文從室內(nèi)實驗和顆粒力學理論兩個方面對堆石體的力學性能進行了研究，建立了宏觀可測的物理量同顆粒微觀參數(shù)之間的關(guān)系，最后對海底電纜的拋石保護工程計算評估，主要內(nèi)容如下：
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2、本文首先針對影響堆石體力學性能的重要參數(shù)設(shè)計了用于海底電纜拋石保護的碎石顆粒的側(cè)限壓縮實驗和直剪實驗，分別進行了三種粒徑、干濕兩種條件下的室內(nèi)實驗，得到了不同情況下堆石體的側(cè)限壓縮模量和內(nèi)摩擦角，研究了顆粒粒徑和干濕情況對堆石體重要參數(shù)的影響。
　　2.從經(jīng)典力學出發(fā)，結(jié)合土力學和流體動力學知識，推導出了堆石體經(jīng)修正后的彈性勢能模型和含塑性變形的增量本構(gòu)模型。將彈性勢能模型用于求解堆石體自然堆積狀態(tài)和三軸壓縮情況下內(nèi)摩擦角，對顆粒

3、間咬合作用進行定量估算。在堆石體的彈性增量本構(gòu)模型中，引入破碎應力以考慮顆粒破碎對堆石體本構(gòu)關(guān)系的影響。最后，利用含塑性變形的增量本構(gòu)模型求解側(cè)向壓縮問題，得到不同粒徑、不同顆粒線剛度下的應力-應變關(guān)系曲線，進而給出了側(cè)向壓縮模量隨顆粒剛度變化的擬合曲線。
　　3.基于離散元軟件3DEC，對堆石體的側(cè)限壓縮實驗和直剪實驗進行模擬，得到側(cè)限壓縮模量隨顆粒剛度變化的擬合函數(shù)和內(nèi)摩擦角隨摩擦系數(shù)變化的擬合函數(shù)，然后代以實驗值獲得3DEC