粗粒料浸水濕化變形特性試驗(yàn)及其數(shù)值模型研究.pdf

1、土石壩粗粒料浸水濕化變形，是目前高土石壩設(shè)計(jì)理論中的關(guān)鍵問題之一，但沒有很好解決。本文采用改進(jìn)的儀器、通過試驗(yàn)和理論分析及數(shù)值模擬，對(duì)該問題進(jìn)行了系統(tǒng)深入研究。 基于目前三軸濕化變形試驗(yàn)儀器存在的問題，本文改進(jìn)了一套可以進(jìn)行保持應(yīng)力不變的三軸剪切試驗(yàn)設(shè)備。該套設(shè)備結(jié)合了電子萬能試驗(yàn)機(jī)和GDS液體壓力控制器，同時(shí)采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了三軸剪切試驗(yàn)的應(yīng)力控制、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和不同應(yīng)力路徑試驗(yàn)的目的。 利用該儀器對(duì)粗粒料

2、濕化變形特性進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。通過試驗(yàn)，揭示了濕化變形的基本規(guī)律；發(fā)現(xiàn)了濕化軸變和濕化體變之間的關(guān)系；對(duì)濕化后再加載表現(xiàn)出先線性后非線性變形性狀從彈塑性理論的角度進(jìn)行了解釋；分析了濕化對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響，認(rèn)為濕化后土體峰值抗剪強(qiáng)度指標(biāo)不隨濕化應(yīng)力水平而變且與飽和態(tài)值相等；論述了單雙線法的優(yōu)缺點(diǎn)，建議了“改進(jìn)的雙線法”；提出了“最大濕化應(yīng)力水平”的概念，利用該概念合理解釋了“在較高濕化應(yīng)力水平下低圍壓的濕化軸變大于高圍壓的”的特殊現(xiàn)象；

3、建議了密實(shí)粗粒料的“單線法”濕化變形經(jīng)驗(yàn)公式，并討論了該公式的適用性。 對(duì)濕化變形試驗(yàn)中影響試驗(yàn)結(jié)果的時(shí)間、停機(jī)變形及變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了深入研究。得到了停機(jī)變形、濕化變形隨歷時(shí)變化的基本規(guī)律，表明：當(dāng)達(dá)到一定歷時(shí)后，上述兩種變形與歷時(shí)對(duì)數(shù)間呈線性關(guān)系。同時(shí)，停機(jī)變形不可忽略，否則，測得的濕化變形可能偏大。結(jié)合以上規(guī)律提出了達(dá)到“穩(wěn)定變形階段”時(shí)刻作為變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，討論了其合理性，同時(shí)建議了三軸濕化試驗(yàn)中停機(jī)變形和濕化變形穩(wěn)定的參

4、照標(biāo)準(zhǔn)。 結(jié)合濕化試驗(yàn)進(jìn)行了粗粒料濕化顆粒破碎試驗(yàn)研究。根據(jù)干濕態(tài)顆粒破碎試驗(yàn)，得到了顆粒破碎基本規(guī)律，建議了歸一化的顆粒破碎經(jīng)驗(yàn)公式；基于顆粒破碎的能量分析，發(fā)現(xiàn)了顆粒破碎率與外力塑性功、顆粒破碎能之間近似成冪函數(shù)關(guān)系，特別是顆粒破碎能占外力塑性功的比例幾乎不隨應(yīng)力狀態(tài)而變；通過濕化顆粒破碎試驗(yàn)，揭示了濕化顆粒破碎基本規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了其與濕化變形間有較好的相關(guān)性，從能量的角度指出了外力塑性功為濕化顆粒破碎提供了能量，特別地從顆粒破

5、碎角度剖析了濕化變形基本規(guī)律。 基于試驗(yàn)和橢圓—拋物雙屈服面彈塑性模型，提出了濕化變形塑性模型。該模型依據(jù)經(jīng)典塑性理論，能夠明確指定復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下濕化變形的各分量。進(jìn)一步驗(yàn)證表明，其能夠很好的反映密實(shí)粗粒料濕化變形特性。 通過對(duì)土石壩濕化變形有限元方法的分析，指出了該方法中存在的問題并進(jìn)行了改進(jìn)。結(jié)合糯扎渡土石壩工程實(shí)例，設(shè)計(jì)了考慮不同因素的計(jì)算方案，結(jié)果表明：文中指出存在的問題和所做改進(jìn)是正確的；本文提出的濕化變形塑性