土石坝工程领域的若干创新与发展

我国高土石坝数量居世界之首,保证高坝大库建设与长期运行安全是国家经济和公共安全保障的重大需求。系统总结了长江科学院近年来在土石坝工程领域的若干创新与发展。提出了基于“旁压模量当量密度法”的粗粒料级配相似理论试验方法;介绍了研发的系列CT三轴仪,实现了粗粒料组构要素的定量测量;提出了三轴试验中加载板与试样之间由滑动摩擦变为滚动摩擦、整体式接触变为分散式接触的减摩新方法,研发了相关减摩装置;研制了大尺寸、高压力、微摩擦、刚柔复合加载的土工真三轴仪;揭示了粗粒料真实三维应力条件下的强度与变形变化规律、湿化与蠕变变形特性;构建了粗粒料三参量非线性K-K-G剪胀模型、六参数湿化模型、九参数蠕变数学模型及相应的参数确定方法;基于当量密度法的原创思想,提出了利用旁压试验间接确定超百米级深厚覆盖层现场密度的试验方法。上述研究成果可为高土石坝工程建设提供重要科技支撑。     

岩石(体)应力扩容试验及本构进展研究

对目前国内外岩石(体)应力扩容机制的室内试验及本构模型研究进行了系统的分析与总结,得到以下结论:描述应力作用对岩石体积膨胀的影响,可用峰前扩容,峰后碎胀来定义;在加载、卸载两种情况下岩石(体)均可产生扩容,但后者的扩容变形要大于前者;围压或中间主应力对扩容具有抑制作用;岩石本构中要采用不相关联流动法则,且能体现扩容特性...     

砂砾石混合物抗剪强度特性试验研究

为分析砾石含量及砾石形状对砂砾石混合物抗剪强度的影响,对砂砾石混合物进行了不同应力（σ=50、100、150、200kPa）条件下的大型直剪试验。试验中砂砾石混合物为相同砂与圆砾石及角砾石2种不同形状砾石的混合物,砾石含量分别为20％、40％、60％及80％。结果表明砂砾石混合物的剪胀量和抗剪强度随砾石含量以及砾石形状不规则程度的增加而增加,砾石含量对砂砾石混合物抗剪强度的影响大于砾石形状的影响。砂砾石混合物的最小孔隙比可以作为衡量砾石含量和砾石形状与其抗剪强度关系的特征参数。     

一种与材料状态相关的砂土剪胀性理论模型

结合密砂和中密砂的相变点的概念,提出了以相变状态为参考状态的状态参量表达式,并将此状态参数引入剪胀比的计算公式.在修正剑桥模型的基础上,提出了新的塑性势函数和硬化参数表达式以消除应力路径的影响.在增量塑性理论的基础上,建立了一种适合于密砂和中密砂的与材料状态相关的剪胀性理论模型.     

砂土的剪胀方程及其塑性势(Ⅱ):新的拓展

以能量守恒原理为主线,在现有简化版砂土剪胀方程(比如Cam-clay、修正Cam-clay和Rowe等的剪胀方程)的基础上,通过对各向同性砂土引入状态参数、对横观各向同性砂土同时引入状态参数和各向异性状态参数,逐步展开较为复杂的砂土剪胀方程的综述.最后指出了初始组构张量及其在后期受荷变形过程中该组构张量的逐步演化对砂土剪胀方程的影响是今后研究的方向.     

砂土的剪胀方程及其塑性势(Ⅰ):发展现状

以能量守恒原理为主线,在各向同性前提下,对Taylor剪胀方程、Cam-clay剪胀方程、修正Cam-clay剪胀方程、Rowe剪胀方程和扩展的Rowe剪胀方程等进行了较全面的综述.论证了剪胀方程和塑性势函数之间的相互转化关系.指出了Lade-Kim塑性势函数和Nova塑性势函数的缺陷之处,即这两个塑性势函数均没有合理耦合临界状态这一概念.     

膨胀特性对软岩巷道围岩变形规律的影响研究

针对软岩巷道的特点,利用泥灰岩三轴试验结果,分析了膨胀特性对深井软岩巷道围岩稳定性的影响;利用最新的弹塑性理论研究成果,推导出了膨胀角与围岩变形的直接关系式;采用数值力学的研究方法,分析了软岩巷道周围体积膨胀与扩容现象.数值模拟结果表明:软岩巷道表面变形和巷道周边体积应变随膨胀角的变化均成非线性递增,膨胀角愈大,软岩巷道的围岩条件愈差,巷道周边围压越大,所需要的支护力就越大,这些重要结论为深井条件下软岩巷道工程提供参考.     

Improved slope safety analysis by new Druker-Prager type criterion

Based on Mohr-Coulomb (M-C) criterion, the parameters of Druker-Prager (D-P) criterion for geomaterial were determined under non-associated flow rule, and thus a new D-P type criterion was presented. Two assumptions were employed during the derivation: 1) principal strains by M-C model and D-P model are equal, and 2) the material is under plane strain condition. Based on the analysis of the surface on π plane, it is found that the proposed D-P type criterion is better than the D-P criterion with M-C circumscribed circle or M-C inscribed circle, and is applicable for stress Lode angle less than zero. By comparing the predicted results with the test data of sand under plane strain condition and other D-P criteria, the proposed criterion is verified and agrees well with the test data, which is further proved to be better than other D-P type criteria in certain range of Lode angle. The criterion was compiled into a finite difference package FLAC3D by user-subroutine, and was used to analyze the stability of a slope by strength reduction method. The predicted slope safety factor from the proposed criterion agrees well with that by Spencer method, and it is more accurate than that from classic D-P criteria.     

含石量对砂卵石土的颗粒破碎及强度与变形的影响研究

为探究含石量对不同围压下砂卵石土的颗粒破碎及抗剪强度与变形特性的影响,利用室内大型三轴试验仪开展了固结排水剪切试验。试验设计了0~100%之间5级含石量,在0.5 MPa、1.5 MPa、2.5 MPa三种不同围压条件下进行固结排水三轴剪切试验。基于试验结果,分析了含石量及围压对砂卵石土抗剪强度和剪胀、剪缩特性的影响,并分析了相应的颗粒破碎情况。试验结果表明,在相同含石量下,砂卵石土抗剪强度随着围压的升高不断增加,体变初期表现为明显剪缩,之后剪胀性随围压升高而降低,颗粒破碎率随围压升高而增加;在相同围压下,含石量在50%~75%时,颗粒破碎率最大,并出现最大抗剪强度,而围压越高,试样剪胀越不明显。     

非一致曲率表面下的气压砂轮磨粒剪胀及加工试验研究#br#

针对软固结磨粒气压砂轮在加工异形曲面时,工件所受的切削力以及接触区内磨粒速度因工件曲率发生变化,导致工件不同曲率处材料去除量不均匀的问题, 基于修正的Rowe剪胀理论建立砂轮切削力模型,提出了非一致曲率表面下修正的气压砂轮材料去除模型。通过EDEM软件建立了软固结磨粒气压砂轮模型,分析了砂轮下压量为1.5 mm时工件曲率对接触力以及接触区内磨粒速度的影响。搭建气压砂轮加工试验平台,通过光整加工试验验证修正的材料去除模型。研究结果表明：修正的材料去除模型平均绝对值误差为0.095,而原始的材料去除模型平均绝对值误差为0.291,说明修正的材料去除模型可以用于气压砂轮抛光过程中的定量分析,且工件加工表面划痕明显减少。