前坪水库人工扰动砂砾石料特性研究

受料场人工采砂影响,前坪水库人工扰动料储量占砂砾料料场总储量的80％,这种筑坝材料的力学特性成为影响大坝填筑质量的关键因素.通过开展人工扰动砂砾石料室内三轴剪切试验、流变试验、尺寸效应分析、数值模拟等,对其物理力学性质等进行了深入分析.结果表明,细粒含量低于最佳含量的砂砾石料压实后能满足设计要求,该种坝料是一种合格的筑...     

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。     

流变对面板砂砾石坝应力变形的影响研究

为研究砂砾石料流变对面板砂砾石坝应力变形的影响规律,在对砂砾石料的流变机理及其分析方法进行分析与选择的基础上,以某高面板砂砾石坝为例,运用三维有限元法,按不考虑砂砾石料流变效应和考虑砂砾石流变效应两种计算方案,分别进行其应力变形的三维有限元计算,然后通过对计算方案所获计算结果的对比分析,系统总结砂砾石料流变对面板砂砾石坝应力变形的影响规律。结果表明:砂砾石料流变使得坝体的应力变形呈现逐渐增大的趋势;流变对于坝体向上游水平位移的影响最大,对坝体向下游水平位移和坝体竖向位移的影响次之,对面板挠度和面板顺坡向应力的影响则相对较小。因此,在实际面板砂砾石坝工程设计中,考虑砂砾石料的流变效应是十分必要的。     

围压对堆石料和砂砾料强度及变形特性的影响

大石峡混凝土面板砂砾石坝主要采用砂砾料和堆石料两种不同的筑坝材料,对上述两种粗粒土开展了不同围压下的大型三轴试验,对堆石料和砂砾料的强度及变形特性进行了对比分析。结果表明,在试验的孔隙率和相对密度条件下,上述两种材料基本呈应变硬化型,在低围压下剪胀、高围压下剪缩;相比砂砾料,堆石料强度、体变模量和剪切模量参数均较低,受围压影响更大。图4幅,表3个。     

颗粒流变破碎与堆石料流变应变计算

流变是堆石坝的主要变形,当前主要采用室内三轴流变试验加以测量,并通过拟合试验结果得到流变经验公式。但流变试验的时间长,且试验工况要覆盖坝料种类、级配与密度变化并需满足插值方法要求,实际操作困难,简化试验工况则影响插值计算精度。为此,提出一种计算堆石料流变的简化方法,设想可进行加载速率足够慢的三轴试验,使试样中凡受力大于长期强度的颗粒有时间充分破碎,得到的应力-应变-体变曲线则包含流变应变,与不含流变的常规三轴试验曲线比较,得到流变应变。算例计算表明,通过计算得到的流变应变与试验值相当,流变模型参数符合预期。     

人工模拟堆石料强度和变形特性试验研究

堆石料的强度与变形机理非常复杂,颗粒破碎是影响堆石料强度和变形的重要因素。本文采用水泥净浆浇筑大量单一粒径、大棱角人工模拟堆石料颗粒,从而基于三轴试验研究了不同围压条件下人工模拟堆石料的强度和变形特性,对颗粒破碎程度和形态进行了细化,探讨了颗粒破碎对堆石料体积变形的影响。结果表明,堆石料的棱角特性对堆石体颗粒破碎有着显著的影响,从而对堆石体的强度和变形特性产生影响。堆石料的颗粒破碎形态可分为棱角破碎、剪切面破碎和完全破碎;以剪切面破碎和完全破碎为主,随着围压的升高,棱角破碎对颗粒破碎的贡献越来越大。剪切面破碎和完全破碎是影响堆石料颗粒破碎增长不均匀性的主要因素。     

颗粒破碎对堆石料静动力特性影响的试验研究

开展了堆石料的大型静力三轴试验和动力三轴试验,研究了级配与颗粒破碎对静力力学特性的影响,讨论了动静力力学特性的相似性。研究表明当细颗粒含量在30%以内时,堆石料的强度指标和弹性模量随细颗粒含量的明显增加而提高;颗粒破碎对堆石料的力学特性影响较大,堆石料的颗粒破碎程度随细颗粒含量的增加而减少,随应力的增大而增大。研究还表明,堆石料的动力力学特性与静力力学特性具有相似性,当细颗粒含量增加后,级配趋向优良,堆石料的最大动模量和抵御地震残余变形的能力得到了提高。     

人工模拟堆石料颗粒破碎的分形特性

人工制备等粒径、不同强度的水泥球颗粒模拟堆石料,进行室内三轴加载试验。依据试验前后颗粒破碎后的粒径分布,采用Tyler等建立的分形模型,研究堆石料颗粒破碎的分形特性,并与Hardin相对颗粒破碎率进行对比分析,探究分形维数表征颗粒破碎程度的可行性。结果表明:排水和不排水条件下得到的结果相似,试验采用的4种水泥含量的试样颗粒在颗粒破碎后的分布特征具有良好的分形特性。同一水泥含量下,随着围压的升高,堆石料分形维数逐渐增大;高围压下,颗粒破碎严重,中间粒径和细粒含量较多,级配更均匀,分形模拟结果与试验结果较低围压下具有更好的线性关系。相同围压下,随着颗粒强度的增大,颗粒破碎程度减小,分形维数随之逐渐减小。通过与Hardin相对颗粒破碎率进行对比可知,分形维数可以很好地表征试样的级配情况,其值越大,级配越良好,粒径分布情况越均匀,颗粒破碎越严重。     

砂砾石料渗透特性试验研究

砂砾石料由于浑圆度较好,施工易离析,其渗流特性是工程界关心的重点。本文开展了砂砾石料分别在水平方向、从上向下以及从下向上三种水流方向下的渗流特性试验研究。试验结果显示,砂砾石料在水流方向水平向状态下的渗透系数明显高于垂直向渗透系数、水流方向从上向下状态下的破坏坡降明显高于水流方向从下向上的破坏坡降,同时对不同水流方向对砂砾石料渗流特性影响的的原因进行了初步的分析。坝体渗流计算时应根据水流方向的不同选择相应的试验参数。     

考虑单颗粒破碎模式的破碎特征与强度特性研究

单颗粒破坏是影响颗粒材料力学性能和变形特性的重要因素,研究单颗粒的强度和破碎特性可为堤坝变形控制提供试验参数和理论基础,具有重要意义。为研究单颗粒破碎模式对灰岩料的破碎特征和强度特征的影响作用,对不同粒径的庙堂水库灰岩料开展单颗粒压缩试验,总结了4种颗粒破碎模式,并根据颗粒破碎模式将颗粒分类进行筛分统计,研究了颗粒破碎模式对灰岩料破碎特征的强度特征的影响作用。结果表明：除棱角破坏型破坏模式外,其余破坏模式下颗粒级配曲线拟合成果均符合分形分布,破碎后级配曲线拟合成果计算分形维数D较为准确,而棱角破坏型破坏模式的拟合成果值得商榷。不同破坏模式下的颗粒破碎强度均具有明显的尺寸效应,且破碎强度存在明显的差异。结果可为颗粒材料力学性能研究提供理论基础。     

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。     

堆石料流变试验的颗粒破碎研究

已有的研究成果表明堆石流变与颗粒破碎有关,但流变引起的净破碎率和流变之间的关系尚不明确。通过室内大型流变试验,分析了流变引起的颗粒破碎,发现破碎率与最终流变量之间存在线性函数关系,破碎率与轴压之间存在幂函数关系;轴向流变变形与时间之间的关系可以用对数函数表示,相应的流变参数与轴压之间呈良好的线性关系。     

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。     

不同试验方法对堆石料湿化变形的影响

堆石料的浸水变形是引起土石坝后期变形的主要因素之一。为了研究不同试验方法对堆石料 湿化变形的影响,采用大型压缩仪对五通组堆石料进行了单线法和双线法湿化试验,研究了一维湿化变 形条件下单线法和双线法对试验成果的影响,比较了两种试验条件下堆石料的湿化变形规律及湿陷系 数,根据试验结果建议采用采用单线法对堆石料湿化特性进行研究。     

考虑缩尺效应对堆石料颗粒破碎影响的压缩试验研究

大量的压缩试验结果表明,堆石料试样的压缩特性和颗粒破碎特性存在明显的缩尺效应,但系统研究缩尺方法、试样最大粒径、试样直径等对颗粒破碎特性的影响较少。采用侧限压缩试验开展灰岩堆石料的尺寸效应研究,分析了缩尺方法、试样直径和试样最大粒径对压缩特性和颗粒破碎特性的影响规律。结果表明：压缩系数随着试样中粗颗粒含量的上升呈先降低后增大的趋势,压缩系数与试样最大粒径呈正相关,与试样直径呈负相关;引入相对颗粒破碎率评价指标,建立了缩尺方法与相对颗粒破碎率之间的幂函数关系,相对颗粒破碎率随试样直径和试样最大粒径的发展规律可拟合为曲面方程。研究成果可为进一步构建考虑缩尺效应的弹塑性本构模型提供理论基础。     

胶凝砂砾石料蠕变试验及大坝长期变形预测

为了建立合理的胶凝砂砾石料蠕变模型,进行了大坝长期变形预测,并研究了胶凝材料掺量对胶凝砂砾石料蠕变特性的影响。采用Burgers模型描述胶凝砂砾石料颗粒间的界面特性,通过细观力学均匀化方法得到胶凝砂砾石料蠕变本构模型。进行了4组不同胶凝材料掺量的胶凝砂砾石料单轴压缩蠕变试验,分析了不同胶凝材料掺量下胶凝砂砾石料的蠕变特点,进而依据试验数据拟合出所得模型相关参数。将蠕变本构模型植入ANSYS软件平台,进行了胶凝砂砾石料试件的蠕变模拟,结果表明提出的蠕变模型能较好地预测胶凝砂砾石料的蠕变变形。应用所提模型与参数对某胶凝砂砾石坝进行了长期变形计算分析。     

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...