堆石料的临界状态探讨

高应力水平时堆石料的颗粒破碎对其强度和变形机理有重要影响。为此,本文对堆石料进行了固结应力从400kPa到4MPa的18组固结排水和固结不排水常规三轴压缩试验,及6组等向压缩试验。结果表明:(1)围压低时颗粒破碎轻微,固结排水时试样剪胀,固结不排水时孔压先增加后稍有降低;围压高时颗粒破碎严重,固结排水时试样剪缩,固结不排水时孔压也是先增加后降低;等向压缩时随着平均有效应力增加颗粒逐渐破碎,但不明显;(2)不同的固结应力时,在排水条件和不排水条件下试样都趋于临界状态;(3)堆石料的临界状态在q-p′平面和e-lgp′平面均为非线性变化。最后提出了堆石料的临界状态的数学描述并较好地验证了试验结果。     

堆石料在不同应力路径下的颗粒破碎特性

采用大三轴试验设备,对直径为300 mm、高为600 mm的圆柱体堆石料试样进行了三种不同应力路径的固结排水试验,包括常规三轴压缩试验、等平均应力试验及等向压缩试验,探讨不同应力路径下堆石料的颗粒破碎特性,常规三轴压缩试验围压为200、400、800、1 200 k Pa,等平均应力试验平均应力为200、400、600、800 k Pa。试验结果表明,应力路径对堆石料的颗粒破碎特性有很大的影响。常规三轴压缩试验的应力—应变关系近于双曲线,低围压时试样先剪缩后剪胀、高围压时剪缩;等平均应力试验的应力—应变曲线呈应变软化型,体变表现为先体缩后剪胀。计算得到的颗粒破碎指数表明,等平均应力试验的颗粒破碎最为严重,等向压缩试验的颗粒破碎轻微。     

考虑缩尺效应对颗粒破碎影响的堆石料临界状态研究

堆石料缩尺后的替代料与原级配料的强度变形特性存在差异,揭示这种差异对堆石料工程运用具有重要的科学价值。采用相似级配法和混合法对弱风化灰岩料进行缩尺,缩尺后堆石料最大粒径分别为60、40、20、10 mm,通过三轴固结排水剪切试验进行缩尺后替代料的应力变形特性研究,分析了缩尺方法和试样最大粒径对堆石料临界状态及临界状态方程的影响。结果表明:最大粒径相同的条件下,混合法缩尺后试样体积变化量大于相似级配法缩尺试样,而两组试样在q-p′平面上的临界状态线几乎重合;引入分形维数描述颗粒破碎过程,颗粒破碎分维值随着围压的增大而呈幂函数增长,且与最大粒径的大小有关;在e-lgp′平面建立了考虑颗粒破碎的临界状态线方程,并给出了各参数的确定方法。研究结果为进一步构建考虑缩尺效应的堆石料临界状态本构模型提供了一种思路。     

颗粒破碎对砂砾石料强度与变形特性的影响

砂砾石料是土石坝等工程的主要建筑材料,高应力状态下砂砾石料的颗粒破碎效应加剧,会显著影响其强度及变形特性,甚至威胁工程安全。以前坪水库筑坝砂砾石料为例,开展了不同围压、不同相对密度下三轴固结排水试验,分析了砂砾石达到临界状态之后的颗粒破碎规律与强度变形特性。研究表明,砂砾石料的级配在三轴试验前后都能用分形维数较好地描述,且分形维数与围压之间存在显著的线性关系,而与相对密度基本无关。这说明,围压是影响砂砾石料颗粒破碎程度的主要因素,相对密度的影响则可忽略。砂砾石料临界状态偏应力与围压正相关,而与相对密度无关。体积变形则受围压和相对密度的共同影响,围压越小、相对密度越大则体变的剪胀性越显著,反之则剪胀性越弱甚至无剪胀。     

级配对堆石料颗粒破碎及力学特性的影响

级配是影响堆石料颗粒破碎和力学特性的重要因素。为研究级配对堆石料强度和变形特性的影响,开展了3种堆石料的大型三轴排水剪切试验;同时为分析不同级配堆石料的颗粒破碎特性,对试验前后试样进行了颗分试验。试验结果表明,颗粒破碎率随应力的增大而增大,在同一围压情况下,相比于细颗粒含量高的堆石料,细颗粒含量少的产生的颗粒破碎率要大。随细颗粒含量的增加,强度指标变大,抵御变形能力增强,剪切过程中产生的体积变形小,剪胀更为明显。     

堆石料强度及变形研究

通过大型三轴剪切试验,研究了广泛应用于众多工程领域的堆石料,在不同围压下和复杂应力状态下的强度和应力一应变关系,得到了所选用堆石料的抗剪强度指标及邓肯张非线性模型的参数值;通过对比不同围压下,试验前后试样的颗粒级配,得到了在试验过程中,堆石料的颗粒破碎度随着囤压的增加而增加,但制样过程中人为导致颗粒破碎的因数也不容忽视.     

考虑级配影响的堆石料强度与变形特性

利用大型三轴仪选用一种典型堆石料,通过设置4种级配、4种相对密度开展一系列不同围压作用下的大型三轴压缩试验,以研究级配、密度、应力状态等因素对堆石料强度与变形特性的影响。基于以上试验,对比分析不同级配、不同密度、不同围压条件下堆石料的应力变形特性,结果表明:试样颗粒越粗,剪切过程中试样越呈现应变硬化和压缩变形特性,随着颗粒逐渐变细,应变软化和剪胀特性愈加明显;堆石料强度与变形特性不仅与其密实和所处的应力状态有关,而且初始级配对其强度与变形特性有显著影响;堆石料强度包络线符合幂函数关系,并通过分析计算验证了其合理性与正确性。分析结果为进一步研究堆石料的状态相关剪胀理论及状态相关本构模型奠定了基础。     

含石量对砂卵石土的颗粒破碎及强度与变形的影响研究

为探究含石量对不同围压下砂卵石土的颗粒破碎及抗剪强度与变形特性的影响,利用室内大型三轴试验仪开展了固结排水剪切试验。试验设计了0~100%之间5级含石量,在0.5 MPa、1.5 MPa、2.5 MPa三种不同围压条件下进行固结排水三轴剪切试验。基于试验结果,分析了含石量及围压对砂卵石土抗剪强度和剪胀、剪缩特性的影响,并分析了相应的颗粒破碎情况。试验结果表明,在相同含石量下,砂卵石土抗剪强度随着围压的升高不断增加,体变初期表现为明显剪缩,之后剪胀性随围压升高而降低,颗粒破碎率随围压升高而增加;在相同围压下,含石量在50%~75%时,颗粒破碎率最大,并出现最大抗剪强度,而围压越高,试样剪胀越不明显。     

基于广义塑性模型的高面板堆石坝应力变形数值模拟

基于大型静力三轴压缩试验、等向压缩和卸载试验,构造了简捷的塑性模量表达式,建立了适用于堆石料的广义塑性本构模型。堆石料的本构模型模拟和三轴压缩试验的对比结果表明:广义塑性模型不仅能反映堆石料在低围压下的剪胀性和高围压下的剪缩性,而且能反映堆石料因颗粒破碎而引起峰值应力比和剪胀应力比的非线性变化特性。此外,有限元静力计算结果表明,坝体水平位移和沉降特性均符合高面板堆石坝的一般变形规律,量值在合理范围内。     

基于单粒压缩试验的堆石料破碎特性研究

堆石料的颗粒破碎是影响其强度及变形的主要因素,但堆石料在受力过程中的颗粒破碎规律仍不明确,缺乏准确判断堆石料颗粒破碎的标准。单粒压缩试验是研究堆石料破碎特性的重要手段,通过可视化单粒压缩试验对920组不同粒径玄武岩堆石料颗粒的破碎过程进行了研究。试验结果表明：玄武岩堆石料单粒压缩破碎的过程大致可分为4个阶段,破碎模式可分为3种类型,破碎程度随粒径的减小而增大;同一粒组的堆石料单粒强度较好地服从 Weibull模型,随着试验样本量的增加,峰值应力分布逐步趋向正态分布;破碎颗粒的级配分布与破碎模式相关,多应力峰值破碎颗粒的碎后粒径级配曲线服从分形分布。