堆石料流变的黏弹塑性本构模型研究

堆石坝流变变形主要是堆石料在环境因素作用下的劣化和高接触应力下的颗粒破碎重排引起的。在等向压缩方程中引入反映堆石料颗粒强度的固相硬度参数,选用双曲线型式的固相硬度衰减模型,以反映堆石料颗粒强度随时间劣化的特性;在分析堆石料流变试验结果的基础上,建立了流变变形的双曲线型流动准则;推导了流变变形的计算公式,并构建了流变模量表达式,从而建立了一个可统一考虑加载与流变过程的堆石料黏弹塑性本构模型。通过模拟两种典型堆石料的流变试验资料验证了模型的有效性。     

人工模拟堆石料颗粒破碎应变的三轴试验研究

高应力作用下堆石料的颗粒破碎严重,其对堆石体变形的影响不可忽视。采用水泥净浆浇筑不同粒径和不同强度椭球颗粒的方法,探讨了一种人工模拟堆石料的制备方法。通过系列的三轴试验研究了不同破碎率情况下模拟堆石料应力变形和破碎体应变的特性。结果表明,试验中相对破碎率同颗粒强度和围压力的相对大小直接相关。颗粒破碎对堆石体的应力应变特性具有十分重要的影响。堆石体的破碎体应变均为正值,且随轴向应变的增加而增大,两者近似呈双曲线关系。破碎体应变和破碎率之间存在近似的幂函数关系。     

考虑颗粒破碎的堆石料剪胀特性研究

针对某高堆石坝的筑坝堆石料开展大型三轴排水剪切试验,研究堆石料在不同孔隙比及不同应力状态下的颗粒破碎与剪胀特性关系,结果表明,不同孔隙比堆石料在低围压下都表现出剪胀,但随围压增大,堆石料的剪胀现象均逐渐消失并转为剪缩.提出了破坏剪胀率概念,用以描述堆石料颗粒破碎与其剪胀特性的关系,试验发现,随着堆石料颗粒破碎率增加,破...     

堆石料流变参数综合辨识法

系统讨论了几种参数选择方法的适用性和特点，说明计算参数选择方法应根据物理对象的具体情况选定。堆石料流变参数应以变观实测资料的反分析为基础，并深人研究、辨识各种流变影响因素，将感性认识与理性分析、定量计算与定性研究结合起来进行确定，即要强调计算分析的重要性，又强调影响因素分析和经验判断的必要性，从而提出确定流变参数的综合辨识方法。由此确定的流变参数是合理可靠的。     

堆石料强度和变形特性数值模拟

 大型三轴试验结果表明,堆石料在剪切过程中具有明显的应变软化和剪胀特性,其应变软化和剪胀与否取决于土样本身的密度与应力状态：密度越大,围压越低,其应变软化和剪胀性就越明显。通过引入无黏性土的状态相关剪胀理论,对具有不同密实度的堆石料在三轴固结排水剪切过程中的强度和变形特性进行模拟,并与邓肯–张E-B模型和南水模型的模拟结果进行对比,发现该理论仅需一组材料参数就能够较好地反映堆石料的应变软化和剪胀特性。     

基于裂缝扩展的堆石料流变细观模型

根据堆石颗粒破碎具有时间效应的特点来研究堆石料的流变性质。首先建立了基于亚临界裂缝扩展的堆石流变细观模型;其次研究流变数值试验的模拟方法,确定合理的颗粒破碎模式,根据两步循环判定法的思想计算宏观时间,并编写了相应的颗粒流程序;最后结合室内流变试验,开展单轴压缩条件下数值流变试验,拟合室内流变试验曲线,确定细观参数。计算表明：数值试验与室内试验流变曲线发展趋势基本一致;颗粒破碎模式对结果有一定的影响,越接近块体实际情况,模拟结果越好;流变的大小主要由瞬时颗粒破碎决定;流变的长期性由微裂缝扩展导致的延时颗粒破碎造成。     

堆石料的亚塑性边界面模型及其验证

 基于高莲士教授针对天生桥面板堆石坝灰岩所进行的堆石料在不同应力路径下的大型三轴试验结果, 提出亚塑性理论边界面模型参数的简捷确定方法。通过编制调参程序, 对堆石料典型三轴试验进行数值模拟, 与试验成果的对比表明, 模型能较好地反映各种复杂加载路径下堆石料变形性状。进而对恒应力比转折、恒应力比加卸载、平面应变试验等土体单元可能出现的复杂应力路径进行了预测, 对深入了解高围压下摩擦型材料的屈服及应力路径相关等特性具有一定意义。同时合理的模型参数为进行面板堆石坝的变形预测和数值仿真模拟奠定了基础。     

堆石料颗粒破碎对剪胀性及抗剪强度的影响

堆石料的一个比较明显的特点是在力的作用下常发生颗粒破碎，本文通过三峡花岗岩风化石碴的三轴试验和平面应变试验，结合日本森吉山安山岩和玄武岩的三轴试验成果，综合分析了颗粒破碎规律及有关力学特性，分析了破碎与剪胀性及破碎强度分量的关系。     

改进的V-W亚塑性模型用于堆石料应力应变研究

V-W亚塑性模型考虑了颗粒破损的影响,在求取无粘性砂土的应力应变关系时效果理想,但堆石料有着更加明显的减缩特征,在求取堆石料本构关系方面应用较少.通过对V-W亚塑性模型进行改进,改进原模型中参数α和β,从而建立与围压之间的变化关系.同时,增加体应变控制项λtr(D)T/tr(T),使模型更加适用于堆石料体应变特征.通过...     

堆石料的动力残余应变模型

基于国内多座土石坝筑坝材料的动力试验成果,研究了堆石料的动力残余变形特性。分析了沈珠江及其改进模型、朱晟模型和水科院模型的差异及存在的问题。在此基础上,建立了以围压和动应力为自变量,并考虑应力水平影响的堆石料残余应变模型。分析比较发现,提出的新模型能够较好地吻合试验结果。     

堆石料微侧壁摩擦力固结仪的研制与应用

固结仪是研究堆石料长期变形特性最常用的仪器之一,但其应用受到侧壁摩擦力的限制。针对此问题,研制了一种加载稳定、可测量侧壁摩擦力的新型固结仪,介绍了该仪器的结构和工作原理。采用由互不接触的尼龙片组成衬垫贴于固结仪内壁的方法减小侧壁摩擦力。对风干堆石料进行固结试验,系统研究比较了衬垫层数为1～3层和厚度分别为0.3和0.5 mm时该方法的效果。试验结果表明,3层0.5 mm衬垫的效果最优;与无衬垫时相比,该方法下试样侧壁摩擦力平均下降91%,竖向应变是无衬垫时的1.2～1.8倍。将容器内壁覆盖3层0.5 mm衬垫作为减小侧壁摩擦力方法,对风干堆石料分别进行了使用该方法和无衬垫条件下的流变试验。结果表明,微侧壁摩擦力条件下试验结束时试样的竖向应变和次固结系数分别是无衬垫时的2.0和2.2倍。该仪器有效解决了侧壁摩擦力问题,提高了长期变形试验结果的可信性。     

堆石料的湿化变形模型

堆石料的湿化变形严重影响心墙堆石坝初蓄水时的安全。通过分析堆石料单线法湿化试验数据发现,堆石料的湿化应力水平与湿化轴向应变成双曲线关系,但也有学者认为是指数函数关系,通过比较发现双曲线关系表述更佳。分析大量单线法试验数据发现,湿化过程中体积应变增量与轴向应变增量的比值保持不变。由此并根据非线性弹性理论,提出了一个堆石料的湿化本构模型,给出了湿化割线模量与湿化泊松比的表达式。与改进的沈珠江湿化模型比较,该湿化模型与试验数据拟合的更好。研究显示,采用传统Prandtl-Reuss流动法则计算得到的湿化应变在高湿化应力水平下偏小。     

堆石流变试验及双屈服面流变模型的研究

通过对两类不同岩性的堆石料作室内三轴流变试验,研究了堆石料的流变特性,试验结果表明流变体积应变和广义剪应变随时间均呈双曲线变化。殷宗泽曾以椭圆–抛物双屈服面弹塑性模型为基础,提出了一个综合反映堆石料瞬时变形和流变的双屈服面流变模型的初步框架。结合堆石流变试验规律,将该模型用于模拟试样在不同应力状态下的流变变形的发展,确定了模型参数的计算方法,初步验证该模型的合理性和有效性。该模型能反映复杂加载情况,反映剪胀、剪缩特性和流变特性。     

筑坝堆石料变参数R-O模型与阈值应变研究

运用统计方法,给出了堆石料动剪模量比衰减及阻尼比增长的平均曲线表达式。建立了反映堆石料非线性和滞回性的变参数R-O模型,讨论了模型参数R,mtml_21-1015_bak/img_0.png11.012.0及参考剪应变的计算方法。推导了堆石料的增量耗散函数表达式,在热力学基本定律的框架下,研究了堆石料的屈服函数,讨论了其动力变形机理和第2阈值应变。对进一步认识筑坝堆石料动应力变形特性有一定意义。     

Hypoplastic constitutive modeling of wetting deformation of weathered rockfill materials

The wetting deformation of weathered rockfill materials has been attracting growing attention from both engineers and scientists. The importance of realistic predictions of wetting deformations for high earth and rockfill dams is a strong motivation to establish a suitable constitutive model. Recently, the hypoplastic constitutive model by Gudehus and Bauer was extended by introducing solid hardness depending on the state of weathering. The extended model takes into account the influence of the current density, the effective stress state, the rate of deformation, and the time dependent process of degradation of the solid hardness. In the present paper, the performance of this model is evaluated by comparing numerical simulations with experiments obtained from a water sensitive rockfill material. In particular, triaxial compression paths and creep deformation under deviatoric stress states are considered. Finally, the constitutive model proposed is used to study the influence of a degradation of the solid hardness on the long term behavior of a hypothetical fill dam.     

基于非线性剪胀模型的面板堆石坝应力变形分析

介绍了一种力学概念明确、简单实用的非线性剪胀模型,给出了本构关系的刚度系数矩阵,应用该模型对某堆石坝工程的堆石料真三轴试验进行了计算模拟,并与试验成果进行比较,验证了模型的合理性。在此基础上,分别采用非线性剪胀模型和邓肯E–B模型完整模拟了坝体分层填筑、面板分期以及分期蓄水全过程,对坝体应力与变形、面板应力与变形计算成果进行对比分析,验证了非线性剪胀模型在面板堆石坝静力有限元分析中的适用性。     

堆石体的填筑标准与级配优化研究

基于分形理论,进行了大量堆石料室内相对密度试验、压缩试验以及三轴试验,对堆石料级配与干密度、压缩模量、破坏强度、颗粒破碎等工程特性之间的关系进行了深入研究。结果表明:(1)级配对堆石料的物理力学性质影响明显,且随着试验应力的增加,其差异性越来越大。如粒度分形维数D在2.22~2.63的良好级配范围内,制样相对密度取1.0时,堆石料干密度在2.026~2.311 g/cm~3之间,相差14%;在3.2~6.4 MPa压力范围内的压缩模量相差2.47倍;制样相对密度取0.8时,在1.6 MPa围压时的三轴试验破坏剪应力相差23%。(2)相同相对密度条件下,随着粒度分形维数的增加,堆石料的极值干密度或孔隙率、压缩模量、破坏应力均表现为先增大、后减小的规律,在D=2.56~2.62附近均存在极值点,对应P5含量在35%左右,细粒含量过多时的"砂化"现象,导致颗粒骨架效应减弱,堆石的工程性质劣化,极值点对应的临界分形维数控制堆石料的工程性质。(3)堆石料的粒度分形维数与颗粒破碎之间存在良好的规律,即粒度分形维数越高,颗粒破碎越小,可通过级配优化设计控制堆石料的颗粒破碎。(4)基于堆石体的孔隙率可描述为粒度分形维数和相对密度的函数,首次提出了基于变形控制的孔隙率和相对密度双控指标,作为高坝堆石体的填筑标准,并结合如美300 m级堆石坝,提出了堆石料级配优化确定的方法。