考虑临界状态的堆石料广义塑性本构模型

基于大型静力三轴剪切试验结果,构造了考虑颗粒破碎的塑性模量表达式和考虑临界状态的剪胀方程,建立了适用于堆石料的广义塑性本构模型,并利用本构模型对堆石料三轴试验进行预测。结果表明,考虑和不考虑临界状态的本构模型均能较好地模拟堆石料在高围压下的剪缩性、在低围压下的剪胀性以及由于颗粒破碎引起峰值和剪胀应力比的非线性特性;考虑临界状态的本构模型能模拟应力——应变曲线逐渐逼近临界状态的规律,但其对三轴试验的预测精度略低于不考虑临界状态本构模型。     

PFC模拟筑坝粗粒料力学特性的有效性分析

离散元颗粒流软件PFC已被众多领域引入以探索非连续颗粒介质力学性质及辅助宏观本构模型的研究,但尚未对PFC作为筑坝粗粒料性质研究工具的适应性进行系统性分析。结合潘口面板堆石坝硅质岩主堆料一组典型的三轴压缩试验曲线,按照一般颗粒材料模拟方式标定了PFC细观颗粒参数,从压硬性、弹塑性、应力引起的各向异性及剪胀性等方面论证了其用于筑坝粗粒料性质研究的适应性,并追踪了受力变形过程中颗粒间相互作用及细观组构的变化。限于颗粒形状及破碎的模拟能力,现阶段PFC虽不能完美再现三轴试验曲线,但可作为以往主要靠宏观唯象法描述粗粒料性质的有力补充。     

缩尺效应对堆石料颗粒破碎特性的影响

受试验仪器在试样尺寸上的限制,室内试验中需要对试验土料进行缩尺处理,因而堆石料的缩尺效应对颗粒破碎的影响成为其本构关系研究中亟待解决的问题。采用相似级配法和混合法对微风化灰岩料进行缩尺,缩尺后试样最大粒径分别为60、40、20、10 mm。通过三轴固结排水剪切试验和筛分试验,利用提出的相对破碎率计算方法,计算了试样剪切前后的相对破碎率。结果表明,制样过程中产生的颗粒破碎不可忽略。相同条件下,试样的相对破碎率随最大粒径的增大而增大;混合法缩尺后试样的相对破碎率大于相似级配法缩尺试样。基于试验结果,提出了考虑缩尺效应的堆石料相对颗粒破碎率估算方法。研究结果可为建立考虑缩尺效应对颗粒破碎影响的堆石料本构模型提供理论依据。     

考虑侧向约束的堆石料颗粒破碎试验研究

堆石料的变形与颗粒破碎所引起的颗粒滑移和填充密切相关,通过室内大型单轴固结试验和三轴剪切试验,以Marsal破碎率为量化指标,分析了堆石料的颗粒破碎情况。结果表明,在单轴固结试验中,破碎率随轴压的增加而增加,两者的关系可用指数函数表示;在三轴试验中,随围压的增加,破碎率不断增加并最终趋于稳定,两者的关系可用幂函数表示。在两种试验条件下颗粒破碎情况差别很大,而这主要是由不同侧向约束所引起的,因此可依据侧压力系数的不同,采用不同函数计算破碎率。     

颗粒形状对堆石体真三轴数值试验力学特性的影响

基于随机散粒体( SGDD)模型的变形体离散元法和基于PFC圆球颗粒模型分别对堆石体进行真三轴数值试验,研究了多面体颗粒和圆球颗粒两种不同颗粒形状对堆石体真三轴数值试验力学特性的影响,并结合堆石体的实际受力特性对数值试验结果做了相关探讨.结果表明,基于SGDD模型的多面体颗粒堆石体的抗剪强度明显高于基于PFC圆球颗粒的堆石体强度,但其弹性模量小于后者;多面体颗粒堆石体的剪缩特性明显,但随围压的增大,其剪缩变化无圆球颗粒堆石体剪缩变化明显;多面体颗粒能较真实地反映堆石的实际形态,亦能较真实地模拟堆石体的实际强度,即堆石体强度取决于堆石间的摩擦力和咬合力,而圆球颗粒无法模拟.     

堆石料三轴固结排水剪切试验全过程颗粒破碎特性研究

为研究灰岩堆石料三轴固结排水剪切试验全过程的颗粒破碎特性,通过对不同初始孔隙率下制备试样、不同围压下固结试样、不同围压下三轴固结排水(CD)剪切破坏的试样进行筛分试验,研究了三轴CD剪切试验过程中制样、固结和剪切三个试验阶段的颗粒破碎特性。结果表明,剪切过程中的颗粒相对破碎率最大,固结过程的次之,制样过程的最小;制样过程中的颗粒相对破碎率随试样初始孔隙率的增大基本呈线性减小变化;固结过程中的颗粒相对破碎率随固结压力的增大呈线性增大变化,随试样初始孔隙率的增大基本呈线性减小变化;剪切过程中的颗粒相对破碎率随剪切围压的增大呈线性增大变化,随试样初始孔隙率的增大基本呈线性减小变化。     

围压影响堆石料剪切带的颗粒流模拟

为分析围压对堆石料剪切带的影响,基于颗粒流理论,构造三种不同形态的颗粒簇,建立了堆石料颗粒流模型.通过颗粒流数值模型双轴试验,研究了围压对堆石料剪切带结构的影响.结果表明,试样剪切带呈非对称X形分布,剪切带内颗粒旋转幅度随着围压的增加而增大,剪切带X形轮廓更加清晰.围压对试样颗粒位移影响较大,随着围压增大,颗粒位移不断...     

石料骨架结构软岩筑坝料三轴剪切试验

以石料骨架结构下软岩筑坝料为例，开展系列三轴剪切试验，研究级配和密度对软岩料强度变形特性的影响。结果表明，软岩筑坝料的应力应变曲线呈弱硬化型，偏应力峰值表现不明显且峰值强度低；随着大于5 mm的土粒含量P₅含量降低（细粒含量增多）,试样更密实，剪切强度增大，剪胀性更强，颗粒破碎量更低，且临界状态线呈整体下移趋势；随着密度增大，软岩料内摩擦角增大，颗粒间排列更紧密，抗剪强度更高，剪胀性更强，试样的颗粒破碎量增大。     

沙柳颗粒压缩成型过程宏细观模拟研究

分别使用有限元和离散元数值方法模拟沙柳颗粒的压缩成型过程，并通过分析沙柳颗粒压制初期、中期、中后期、结束4个时刻的宏细观力学特性来揭示其成型机制。研究表明：宏观上，物料柱应力由零逐渐增大，且应力由开始集中在上表面，再到上半部分，最后整个物料柱应力均匀分布；细观上，颗粒分布由松散到密集，法向和切向接触力分布由初期的杂乱无章到形成菱形，再到大环状，最后到小三角形稳定结构，颗粒速度场经历竖直向下、形成分隔带，分隔带下移，直至消失。     

基于单剪试验邓肯E B模型参数的确定

土石坝应力应变有限元计算中常采用邓肯E-B模型,模型参数大多通过三轴试验确定,但操作相对比较复杂,为此提出一种通过单剪试验确定邓肯E-B模型参数的方法,即对某一级配粗粒料进行单剪试验,将试验得到的单剪条件下的应力应变关系通过转换公式得到三轴条件下的应力应变关系,据此整理得到的邓肯E-B模型参数与三轴试验结果基本一致,并用该参数对单剪试验进行有限元数值模拟,得到的应力应变关系与试验结果较为吻合。     

土工格栅加筋土石坝的试验和数值模拟研究

为进一步了解土工格栅加筋土石坝的变化特性,对土工格栅和堆石料接触面特性进行了拉拔试验,发现接触面上的剪应力较大,且随上覆压力的增加而增加;试验拉拔位移主要为土工格栅的伸长量,接触面上的相对位移较小,因此加筋土石坝数值模拟应设置土工格栅和堆石料接触面变形协调,并将试验结果应用于加筋土石坝的数值模拟中,分析了土石坝加筋前后应力变形特性和动力响应的变化规律。结果表明,加筋对土石坝变形的抑制效果主要体现在地震工况下;加筋后坝体的地震永久变形有所减小,加筋对顺河向的地震永久变形抑制效果大于震陷;加筋后顺河向永久变形指向下游,最大震陷位于坝顶。     

砂卵砾石料变形与强度特性三轴试验研究

对不同密度的某砂卵砾石料试样进行了三轴固结排水剪切试验,研究了密度对砂卵砾石料强度、应力应变性质的影响。结果表明,随密度的增大,试样的强度指标呈增大趋势;不同围压下,随密度的增大,破坏时的轴向应变具有减小的趋势,且在低围压下这种趋势较明显;密度越大,试样的剪胀性越强,发生相变时的轴向变形和体积变形越小;试样发生相变时的应力水平一般大于0.5,因此在对高土石坝进行应力变形分析时应合理考虑粗粒土的剪胀性。     

基于弹塑性有限元法的高土石坝钉结护面板加固抗震效果分析

针对目前高土石坝钉结护面板抗震加固设计主要采用工程类比法但却缺少相应的数值分析方法的问题,尝试利用弹塑性有限元方法对150 m级面板堆石坝钉结护面板抗震进行加固设计,分析了强震作用下面板堆石坝的加速度反应、坝顶区堆石体剪应变及大坝整体地震变形。结果表明,采用钉结护面板加固措施后,大坝加速度反应变化不明显,但坝顶区堆石体的剪应变和坝体高剪应变区范围均有所减小,加固范围内的坝体顺河向地震变形减少了约20%。     

混凝土面板堆石坝坝坡可靠度随坝高变化规律及其安全系数标准探讨

针对混凝土面板堆石坝的坝坡稳定可靠度和安全系数标准问题,首先分析了坝坡稳定可靠度与安全系数之间的关系,然后通过理论分析和数值计算揭示了围压对堆石抗剪强度随机性的影响和面板堆石坝坝坡稳定可靠度随坝高变化的规律,最后根据等可靠度原则,探讨了200 m以上面板堆石坝的坝坡稳定安全系数标准问题。结果表明,由于堆石内摩擦角的随机性随坝高增大,即使保持安全系数不变,面板堆石坝的坝坡稳定可靠度也会随坝高增加而降低。对于坝高200 m以上的面板堆石坝,从等可靠度原则出发,针对不同筑坝材料按坝高分级设置安全系数标准较为合理。     

三种粗粒土强度非线性描述方法的对比研究

为比较三种粗粒土强度非线性描述方法的优缺点及适用性,通过三轴试验研究了初始孔隙比和围压对粗粒土峰值强度的影响,并对三种常用的强度非线性描述方法进行了对比分析。结果表明,粗粒土的峰值强度随着初始孔隙比、围压的增大而减小,表现出显著的非线性;邓肯—张模型中的内摩擦角非线性公式和基于临界状态应力比的峰值应力比公式只能描述围压对峰值强度的影响,扩展后的公式能够同时反映初始孔隙比和围压对峰值强度的影响,且描述效果较好、稳定性较高;基于状态参量的峰值应力比的描述方法,理论清晰,效果较好,但对于粗粒土临界状态的描述还需进一步深入。研究成果可为公式选用提供参考。