塑性混凝土常规三轴性能与强度计算模型

通过立方体试件的常规三轴试验,研究塑性混凝土在固定围压和固定围压比值两种条件下的常规三轴性能。结果表明:常规三轴应力下的塑性混凝土第一主应力-应变关系曲线可分为初始反弯段、直线段、曲线段和直线平台段,其中的初始段有明显弹性特征,直线段之后塑性变形较大。对于同一配合比的塑性混凝土,随围压或围压比值的增加,塑性混凝土的极限强度、上升段斜率、峰值应变、极限应变均有增大的趋势;塑性混凝土常规三轴强度是其立方体抗压强度的3~7倍;在固定围压比值下的塑性混凝土黏聚力比固定围压下有所增加,内摩擦角有所减小。通过对本文和收集到的共144组试验数据的分析,利用双剪统一强度理论和摩尔库伦准则,建立了常规三轴应力作用下塑性混凝土统一强度计算模型。     

砂卵砾石料强度及变形大型三轴试验研究

对不同相对密度的双江口心墙坝覆盖层砂卵砾石料,进行了各向等压固结排水剪切试验,研究了相对密度对砂卵砾石料的强度及变形性质的影响,结果表明:砂卵砾石料的线性强度指标Ф及非线性强度指标Ф0、△Ф均随相对密度Dr的增加而增大,且Ф0及△Ф与Dr之间均存在良好的线性关系;随着相对密度的增加,试验得到的砂卵砾石料的体变(压缩)量减小,而剪胀性则增大;砂卵砾石料的割线模量及破坏时的泊松比均随相对密度的增加而增大。根据试验数据总结了割线模量E1与Dr、围压σ3之间的关系式,以及破坏时的泊松比V1f与相对密度Dr、围压σ3之间的关系式,据此可作为砂卵砾石变形大小的判断标准。     

钢珠模拟堆石料三轴试验研究

颗粒滑移是影响堆石体强度和变形的主要因素之一.本文采用钢珠人工模拟堆石料进行常规三轴排水试验,探讨堆石料变形细观机理对其强度和变形特性的影响.研究工作表明,不破碎模拟堆石料的莫尔-库仑强度包线为过原点的直线.在峰值强度以前,不破碎人工模拟堆石料的变形近似满足Rowe剪胀方程.在峰值强度以后,颗粒组咬合结构的崩塌失稳变形可显著地削弱土体的剪胀,此时Rowe剪胀方程会过高估计堆石料的剪胀变形.修正Rowe剪胀方程对颗粒非滑移变形具有更好的适应性.     

单掺黏土的塑性混凝土配合比试验研究

针对设计方提供的塑性混凝土的性能要求,采用工程类比法,设计了22组配合比进行塑性混凝土力学性能试验,以立方体抗压强度、弹性模量、三轴抗压强度和渗透系数为评价指标,着重研究了单掺黏土条件下塑性混凝土配合比的设计及原材料、龄期对塑性混凝土性能的影响,结果表明单掺黏土的配合比方案能够满足工程要求。当黏土含量在一定范围内（小于80 kg/m3）时,塑性混凝土强度随着黏土含量增加而减小,弹性模量随着黏土含量增加而增大。当黏土含量高于80 kg/m3后,黏土含量继续增加,塑性混凝土强度变化不明显,弹性模量在一定范围内波动;塑性混凝土强度和弹性模量与水泥含量呈明显正相关关系,与膨润土含量呈负相关关系;在三轴围压条件下,两组优选配合比90 d龄期相对28 d龄期抗压强度平均增长19%;90 d龄期渗透系数相对28 d龄期渗透系数有所减小。     

堆石料干湿循环变形特性试验研究

采用中型三轴试验仪,对堆石料进行了各向等压条件下与偏应力条件下的干湿循环试验,探究堆石料在浸水湿化和排水干燥循环过程中的变形特性以及应力状态对堆石料干湿循环变形的影响。试验结果表明:在各向等压条件下,较低围压时,干湿循环过程中的湿化体变量随围压的增加而增加,较高围压时,不呈现此规律;且湿化体应变主要发生在初次浸水饱和的过程中。偏应力条件下,湿化变形的方向与发生湿化时加载变形的方向一致,而排干过程中变形的方向朝体缩方向发生明显偏转,可能主要发生流变变形;初次浸水湿化变形的变形量非常显著,在试验条件下初次湿化轴变量与总湿化轴变量的比值为75%~95%;较低围压时,初次湿化轴变量随着围压与应力水平的增加而增大,而较高围压时随围压的变化不符合此规律。堆石料试样在干湿循环过程中发生的变形(体应变与轴向应变)随循环次数逐渐增加,并趋于稳定,可用双曲线模型来表示试样干湿循环变形随循环次数的变化。     

不破碎颗粒材料三轴数值试验的模拟

水工材料的力学特性和细观机理难以用现有的连续体力学理论予以解释,颗粒滑移是影响水工材料强度和变形的一个重要因素。该文以钢珠构成的颗粒材料的室内三轴试验为基础,采用颗粒流方法对其细观力学特性及变形破坏过程开展一系列三轴数值试验研究,初步探讨不破碎散体材料一些细观变形机理。研究结果表明：围压越高,初始模量越大,初始泊松比越小;当摩擦系数大,颗粒刚度比小时,初始模量较大;加载过程中孔隙比随轴向应变的增大而增大,且孔隙比增大的速率随围压的增大而减小;低围压条件下,应力变形曲线呈小幅软化和硬化交替波动的形式。高围压条件下,应力变形曲线表现为以硬化为主要趋势的软化和硬化交替波动的形式;应力～应变曲线的波动主要是由于颗粒间局部咬合结构的破坏和重新调整所至。     

堆石料风化过程中的抗剪强度特性

利用新研制的堆石料风化试验仪,对泥质粉砂岩堆石料进行了荷载作用下干湿和温度耦合变化的风化试验。通过对风化后试样直接就机进行直剪试验,探讨了风化过程中堆石料的抗剪强度特性。研究结果表明,在较低应力状态下风化时,堆石料抗剪强度发生明显降低,颗粒劣化作用占主导;在较高应力状态下风化时,堆石料压密作用占主导作用,其抗剪强度反而会有所增加。在堆石坝工程中,堆石料风化一般仅会引起浅层滑坡问题。     

堆石料蠕变特性试验研究

通过三轴蠕变试验,考虑坝体填筑的应力路径,对两河口水电站堆石料蠕变特性进行了探讨,分析了其蠕变机理、蠕变模型及参数确定方法。堆石料的轴向和体积蠕变可采用幂函数ε=a(t/t0)b拟合。a为试样初始蠕变,b表征了试样的蠕变速率,与应力状态有关。堆石料轴向和体积初始蠕变均随主应力差的增大而增大,轴向和体积蠕变指数均随围压增大而减小,体积蠕变指数还随主应力比增大而减小。拟合得到的蠕变模型具有良好的效果。     

九甸峡堆石料蠕变特性试验研究

通过大型三轴蠕变试验,对九甸峡面板堆石坝堆石料进行了研究,对其蠕变机理和模型进行了探讨,并对蠕变模型参数的影响因素和取值范围进行了分析。九甸峡堆石料轴向蠕变在半对数坐标中与时间基本上呈线性关系,而体积蠕变则在双对数坐标中与时间有良好的线性关系。因此,可采用对数函数εa=a＋blgt描述轴向蠕变与时间的关系,采用幂函数εv=αtβ拟合堆石料体积蠕变与时间的关系,模型参数可以通过三轴蠕变试验获得。     

压实黏土的三轴拉伸特性试验研究

研制了一种新型的卧式三轴拉压试验仪。该仪器采用应变控制式加载方式,可消除土体自重的影响,轴向刚度大,可以测定三轴条件下土体拉伸破坏全过程应力位移曲线。对糯扎渡和双江口高心墙堆石坝心墙土料进行三轴拉伸（伸长）试验,发现黏土试样的破坏可能表现为低室压时的纯拉断、高室压时的纯剪切以及中室压时的张拉-剪切复合破坏三种形式。根据试验结果,提出了一种适用于压实黏土三轴拉伸破坏的联合强度准则。     

堆石料动力特性参数对面板堆石坝三维非线性地震响应的影响

本文通过变化堆石微小应变下的剪切模量以及剪切模量衰减曲线和阻尼比递增曲线的取值范围,利用三维等价线性有限元动力分析方法研究了材料动力特性对于高混凝土面板堆石坝的地震反应的影响,多种方案的计算结果对比分析表明,坝料的动力特性对于面板堆石坝等效线性振动体系特性,堆石体地震响应与面板动应力等具有显著的影响。     

冻融循环下堆石料变形特性与抗剪强度试验研究

反复的冻融循环是在严寒地区影响高土石坝安全的重要问题。本文依托西藏澜沧江如美高心墙堆石坝工程，利用清华大学研制的堆石料风化试验仪，对如美筑坝堆石料进行了不同法向应力条件下的冻融循环试验和直剪试验，研究了冻融循环过程中堆石料的变形与强度特性。试验结果表明，在一个冻融循环周期内，堆石料试样会依次经历“融缩”—“冻缩”—“冻胀”3个典型状态。冻融循环后会使堆石料试样产生较大的回胀变形，可使试样的密实度和抗剪强度有所降低。20次冻融循环后可使试样的就机抗剪强度降低约11.5%到15.4%。     

堆石料残余体应变对计算面板堆石坝永久变形的影响

混凝土面板堆石坝地震永久变形的预测非常重要。根据它可直接判断大坝的安全,并为抗震预留坝高提供依据。一个时期以来,同时计入堆石料残余体应变对面板坝永久变形计算有多大影响存有争议。采用饱和排水动三轴试验方法得到的动应力～残余应变关系计算坝体的永久变形,所得数值一般偏大。而风干堆石料在排气状态下的三轴试验,目前只能考虑残余剪应变。本文利用前人对不同试验方法得到的动应力～残余应变关系进行面板堆石坝地震永久变形计算做了比较,结果表明：由于坝体运用期间有部分堆石浸水,故其永久变形的计算对浸水线以上坝体采用风干料排气试验结果只考虑残余剪应变,浸水线以下坝体采用饱和料排水试验结果同时计入残余体应变和残余剪应变,比整个坝体采用饱和料排水试验结果同时计入残余体应变和残余剪应变为合适。     

堆石材料湿化特性的三轴试验研究

采用中型三轴试验仪,对砂板岩混合堆石材料进行了单线法湿化试验。主要研究了以球应力和偏应力为试验应力条件的堆石材料湿化变形规律。结果表明：球应力和偏应力分别是湿化体积体积应变和湿化剪切应变的主要影响因素;湿化体积应变与应力比较好地符合线性关系,而湿化剪切应变与应力比则较好地符合幂函数关系。并根据试验结果初步提出了相对应的湿化模型及湿化参数。研究成果可为堆石料湿化变形研究提供参考。     

软岩堆石料的物理力学性质

本文根据大坳，鱼跳，盘石头和十三陵上池面板堆石坝的软岩堆石料及水市垭风化料的室内及现场试验资料，探讨了软岩料的物理务学性质，试验结果表明：软岩堆石料经过多次降雨，暴晒过程或填筑碾压后，岩块发生崩解和破碎，级配细化；软岩堆石料在最优含水率条件下，可达到较高的压实干密度，压缩性属低压缩性，抗剪强度比硬岩堆石料低。     

球应力循环条件下堆石料变形特性的试验研究

库水位反复升降过程中堆石体的应力状态表现为偏应力基本恒定、球应力往复循环变化,为探求球应力循环条件下堆石料的变形规律,以取自现场的堆石材料为研究对象,通过控制孔隙水压力来实现球应力增大–减小的低速循环应力路径静力三轴试验。研究结果表明：偏应力恒定、球应力循环条件下,体应变随球应力的减小而增大,随球应力增大而减小,总体表现出随循环周次向体积收缩发展的变化规律,循环周次对累积体应变的影响较小;剪应变的发展受应力条件的影响较为显著,有效球应力减小时或增幅较缓,或在第1循环周次内突增,有效球应力增加时,剪应变增幅较缓;累积剪应变与初始应力比和试验过程中的动态应力比有关;土样可能存在类似临界状态线且处于其下方的“转折状态线”,当土样应力变化状态处于“转折状态线”与临界状态线之间的区域内时,土样状态将产生显著变化。     

自密实混凝土在堆石孔隙中的流动规律研究

自密实混凝土能否密实填充堆石孔隙不仅决定了堆石混凝土的强度,而且直接影响工程的质量和安全。自密实混凝土在堆石间隙中的流动可视为颗粒/Bingham流体两相流,其非牛顿流变特性和复杂通道使得流动格外复杂。本文采用格子Boltzmann方法和颗粒离散元耦合方法研究了自密实混凝土在堆石孔隙中的流动过程。发现自密实混凝土在堆石间隙中的流动状态分为稀疏流、密集流和堵塞三种状态,其中孔径比(出口尺寸与运动颗粒尺寸的比值)是影响自密实混凝土流动和堵塞的重要因素。自密实混凝土中颗粒的含量越高,流动越容易形成密集流和发生堵塞。对稳定的自密实混凝土密集流,建立了颗粒流量与孔径比的关系,可以应用这一关系完善自密实混凝土在堆石体中的浇筑技术和工艺。