粗粒料浸水变形分析方法的改进

 首先分析单线法、双线法各自的优点和缺点,提出试验方面用单线法试验结果修正双线法试验结果,但计算方面仍用双线法计算的思路。其次进行粗粒料大三轴单线法和双线法湿化变形试验,对浸水变形特性进行研究,发现单线法和双线法试验结果之间的一些规律,并引用其他学者的试验结果进行验证,同样成立;同时,对该规律的机制进行探讨;基于该规律,提出一个改进的浸水变形分析方法。最后分别用改进方法和双线法对试验结果进行预测,预测结果表明,改进方法计算结果和试验结果更加吻合。     

粗粒料三轴湿化颗粒破碎试验研究

颗粒破碎是引起粗粒料湿化变形的重要因素，有必要对其进行深入研究。利用改进的应力控制三轴仪，对坝的粗粒料进行不同围压和湿化应力水平下保持应力水平不变的三轴湿化变形试验，同时对湿化前后的试样进行颗粒分析试验。依据试验结果，分析湿化颗粒破碎的原因，得到湿化变形最及Hardin的颗粒破碎指标表示的颗粒破碎量。对粗粒料湿化变形和湿化颗粒破碎试验结果的分析表明：湿化变形与围压及湿化应力水平有关；湿化引起颗粒破碎，对颗粒级配曲线有较大的影响，湿化前后级配曲线的颗粒累积百分比的差值随粒径呈驼峰状分布，驼峰位于25％含量粒径左右；湿化引起的颗粒破碎使得级配曲线的曲率系数、不均匀系数和60％含量粒径减小；湿化颗粒破碎随着围压和湿化应力水平的增加而增加；湿化变形与湿化颗粒破碎之间有很好的相关性，湿化轴变与湿化颗粒破碎近似成线性关系；湿化变形的基本规律可以根据湿化颗粒破碎规律加以解释。     

粗粒料变形特性的大型真三轴试验研究

三维应力状态下粗粒料的变形性状对土石坝的沉降尤为重要。通过大型真三轴试验系统,对粗粒料开展了等小主应力等中主应力系数加载试验。试验结果表明:小主应力较小时,粗粒料的剪胀性较强,随着小主应力的增大,粗粒料的剪缩性逐渐增强。中主应力系数从0增大到0.5时,粗粒料的剪胀性基本上是逐渐减小的,而当中主应力系数增大到0.75时,剪胀性又有所增强。大主应变均表现为压缩变形,小主应变均产生膨胀变形,中主应变在一般三维应力状态下表现为压缩变形,而在常规三轴应力状态下中主应变则产生膨胀变形。     

粗粒料的大型高压三轴湿化试验研究

采用大型高压三轴仪，对黑河土石坝的坝壳料进行了不同应力水平的湿化试验研究，通过对试验结果的分析，揭示了在高压三轴条件下湿化试验的湿化变形特点；并通过与高压三轴试验资料的对比分析，论述了湿化试验的抗剪强度特性。     

粗粒料的变形特性和缩尺效应

粗粒料的变形特性和缩尺效应王继庄（昆明水电勘测设计院，６５００５１）１前言随着粗粒料测试技术水平的日益提高，粗粒料（如碎石料、砂砾料、石碴料、砾质土、风化料等）作为筑坝材料的优越性日益被人们认识和应用。６０年代初，粗粒料作为高土石坝的筑坝材料已成功地...     

某板岩粗粒料湿化特性三轴试验研究

对某板岩粗粒料进行了大型三轴湿化变形试验,分析了湿化体积应变、湿化剪应变等随围压、应力水平变化关系。试验结果表明：湿化体积应变、湿化剪应变随着围压增大或应力水平的提高而增大。利用试验结果研究了沈珠江湿化变形模型对试验所用的板岩粗粒料的适用性。结果显示,沈珠江模型不能满意地反映湿化体积应变,但是,能较好地反映湿化剪应变与应力状态的关系。分析湿化后剪切强度性质,发现不同应力水平下湿化对粗粒土的强度指标影响很小。     

土石粗粒料的强度和变形特性的试验研究

根据大坝应力路径,对粗粒料进行等应力比和等应力比增量等于常数的三轴剪切试验,得出了相应的应力–应变关系式和规律;根据粗粒料的试验强度曲线特征,提出用幂次型函数表述粗粒料的抗剪强度,并以此为屈服准则,结合弹塑性理论建立了粗粒料的弹塑性本构模型,该模型可以用一个统一的表达式表述,该模型概念清晰、模型参数较少;同时推导出粗粒料的弹塑性矩阵;通过试验验证模型计算得到的粗粒料应力–应变关系曲线和实测结果吻合较好。     

粗粒土动残余变形特性的试验研究

采用静动耦合试验方法,得到了粗粒土在排水条件下从初始等应力状态到临近剪切破坏状态的残余变形全过程。在大量试验数据分析的基础上,探讨了主应力比Kc在残余变形产生及发展过程中的作用;改进了谷口荣一模型,使粗粒土在排水条件下以及不同主应力比Kc时的残余变形得到较好的归一特性。     

粗粒料力学特性研究进展

粗粒料具有强度高、变形小、透水好、造价低等优点,已经被广泛应用于路基工程、土石坝工程、护岸工程、筑岛工程等。粗粒料力学特性研究很多方面借鉴和参考了砂土的力学特性,但由于粗粒料的颗粒粒径更大,因此力学特性与砂土又有明显差异,必须在粗粒料大量的力学试验的基础上开展研究。分析总结了粗粒料力学特性的研究现状及最新进展、包括强度和变形特性、应力状态的影响、材料状态的影响、细观结构的作用及本构模型研究等,并就其中存在的问题进行了讨论并提出了一些建议。     

基于大型真三轴试验的粗粒料强度特性研究

基于长江科学院自主研制的大型微摩阻土工真三轴仪,对某土石坝粗粒料开展不同中主应力系数(等b)条件下的真三轴试验,探讨三向应力条件下粗粒料强度变化特征。研究表明:(1)中主应力对粗粒料强度影响显著,强度随b值增加而增加,特别是b值在0~0.25区间内,相较于常规三轴试验其强度指标显著增长;(2)经与几种经典强度准则对比,拉德–邓肯强度准则能相对较好地反映粗粒料在三向应力状态下强度演化趋势;(3)通过一组平面应变试验认为,不同围压下当偏应力接近峰值时,b值基本稳定在0.17~0.19,实际工程在试验条件有限的情况下,平面应变试验成果可用于粗略估算粗粒料在复杂三向应力状态下的强度。研究成果可为合理确定粗粒料复杂应力状态下强度参数及精细化研究粗粒料强度准则提供参考。     

基于破碎能耗的粗颗粒料本构模型

现有的考虑颗粒破碎的本构模型主要是通过引入颗粒破碎率来反映颗粒破碎对材料力学性质的影响,由于颗粒破碎率只是粗颗粒料在受外荷作用下的一种外部表现,在测定的其它参数中实际上已经包含了颗粒破碎的影响,因此为反映颗粒破碎而引入颗粒破碎率的方法是不合适的。基于Ueng和Chen剪胀方程,通过分析三轴剪切试验过程中的能量平衡,提出了考虑颗粒破碎的剪胀方程及其参数确定方法。将Rowe剪胀方程和考虑颗粒破碎的剪胀方程分别引入Duncan E-非线性模型和沈珠江“南水”双曲服面模型,通过与三轴CD剪切试验成果的对比分析和工程实例的有限元数值分析,表明所提模型可较好地反映材料的剪胀特性。如采用弹塑性模型尚能反映颗粒破碎在增加变形的同时降低了材料的强度等特性,验证了所提模型的合理性和可靠性。与现有的考虑颗粒破碎的本构模型相比,所提模型具有试验工作量小、参数少和参数物理意义明确等优点,便于在工程中推广使用。     

考虑颗粒破碎影响的粗粒土的剪切强度理论

由于粗粒土的粒径相差很大,通过剪切试验测量粗粒土的剪切强度很麻烦,且剪切试验费时费力、试验数据离散性大;另外,已有剪切强度经验公式中的参数没有明确的物理含义,工程应用中难以确定。本文根据颗粒破碎的分形模型,揭示单颗粒破碎强度的尺寸效应,假设剪切强度是颗粒接触面上的摩擦力,导出用正应力幂函数表示的粗粒土剪切强度公式,幂函数的指数是颗粒破碎分维的函数,并采用垃圾炉渣的颗粒破碎分维和剪切强度试验结果进行验证。     

统一考虑加载变形与流变的粗粒土弹塑性本构模型及应用

实测资料表明,现行粗粒土本构模型明显低估高度200m以上特高土石坝的沉降量,主要原因之一是现行本构模型普遍割裂加载变形与流变,计算时忽略施工过程中坝料产生的流变。在总结分析典型粗颗粒土石料流变特性的基础上,以应力、应变和时间为基本变量,提出了一个可以统一模拟粗粒土加载变形、流变、应力松弛等性质的弹塑性本构模型。模型假定加载塑性变形和流变可同时发生,应力和时间变化均会引起屈服面扩张,从而产生塑性变形,但两者服从不同的塑性流动准则。运用某特高心墙堆石坝坝壳堆石料和砾石土心墙料的试验结果对模型的合理性进行了验证,并对该大坝填筑施工过程进行了模拟。计算结果表明,忽略坝料施工期流变可使大坝竣工期沉降量低估10%以上。因此,采用统一模拟粗粒土加载变形与流变的本构模型可有效提高特高土石坝变形的预测精度。     

粗粒土含盐量与盐胀性研究

通过对粗粒土的试验与研究,结合不同含盐量的盐胀试验和现场路况调查,寻找含盐量与胀量关系、含盐量与强度关系,以正确评价不同含盐性质的粗粒土盐渍化程度的分类界限指标。     

用离散单元法分析单剪试验中粒状体的剪切机理(英文)

用铝棒堆积体作为二维粒状体的模型材料进行单剪试验 ,然后对其用离散单元法进行数值模拟 ,对于宏观应力应变关系 ,两者结果基本吻合。基于数据模拟结果 ,对粒状体的剪切机理 ,例如滑动面上粒子接点角的分布及变化规律 ,进行了微观分析。     

二维粒状材料双轴压缩试验系统的研制与应用

为研究粒状材料的力学特性及其与材料细观组构演化之间的关系,新研制了一套适用于粒状材料的二维双轴压缩试验系统,并以金属棒等模拟材料组成的二维堆积体为试验对象,在水平和竖直两个方向独立加载,能实现常侧向压力、等p和等应力比等多种应力路径。采用数字照相结合图像相关分析技术高精度地实现了对材料细观组构的跟踪测量,并可分析二维粒状材料内部的应变局部化及细观组构的演化过程。使用该双轴压缩试验系统,针对椭圆形截面金属棒组成的二维粒状材料试样进行了常侧向压力的压缩试验,验证了该试验系统的有效性。     

堆石料残余变形特性研究

应用自行研制的高精度中型动三轴仪,对某筑坝堆石料的动力残余变形特性进行了试验研究。在充分考虑应力水平对残余动剪应变影响的基础上,对沈珠江提出的模型进行了改进,并利用试验求得的参数对理想面板堆石坝进行了残余变形有限元分析。研究表明:低坝时,改进模型与沈珠江模型计算的结果差别不大;随着坝高的增加、地震烈度的增大,两者计算的结果差别增大。     

散粒介质三维应力-组构解析与破坏分析

基于散粒体宏-微观力学分析,首先提出了3类张量的概念,推导了散粒体三维应力-组构关系,接着给出了二维和轴对称条件下的应力-组构解析表达式,并采用双轴和三轴离散元（DEM）模拟结果对解析解进行了验证分析。最后基于应力-组构解析,采用“真应力”的概念分析了散粒体的强度问题。研究结果表明：散粒体中的应力分布受3类张量的共同影响,双轴与三轴的离散元模拟与解析关系较吻合。在略去了高阶项后,二维应力-组构关系式与Rothenburg等提出的表达式一致。进一步的分析表明：散粒材料强度受控于“真应力”,表观活动摩擦角的变化实质是颗粒摩擦和各向异性组构共同作用的结果。研究成果可以用于分析散粒体各向异性强度特征和本构关系。     

离散元模拟中颗粒材料剪切波速的剪切振动确定方法

砂土等颗粒材料的剪切波速是反映其工程性质的重要参数,离散元模拟中实现剪切波速实时测试对研究砂土材料力学性质变化的细观机理具有重要意义。本文基于软件 PFC^3D ,在试样模型中设置激发源和接收源,通过对激发源施加产生剪切振动的速度脉冲、在接收源监测扰动信号,实现了剪切波在颗粒材料中的传播模拟和信号监测,提出了利用激发和接收信号的互相关系数确定剪切波传播时间和评价剪切波传播质量的方法。系统分析了激发频率、激发幅值、激发源和接收源尺寸、阻尼等因素对剪切波速测定的影响,给出了合理的参数取值范围。研究结果得到了均匀颗粒试样理论解的验证。