人工堆石料的颗粒破碎率

天然堆石料的颗粒破碎率不易准确测量。为精确测量堆石料的颗粒破碎率,对人工模拟堆石料进行了颗粒破碎三轴试验研究,并对试验后试样颗粒破碎的情况进行了详细筛分和统计。结果表明:破碎颗粒可分为残缺颗粒和完全破碎颗粒,两者的质量分数存在幂函数关系。现有的多粒径指标Bg、Bf和Br仍可作为颗粒破碎的影响参量使用,而单一粒径破碎指标B15、B10和B60局限性较大。     

考虑颗粒破碎的堆石料蠕变特性研究

高土石坝竣工之后,坝体内堆石颗粒会不断发生破碎和重组,这在宏观上表现为堆石体不断产生蠕变变形.过大的堆石体蠕变变形会使得大坝防渗体发生破坏,从而危害大坝的安全运行.颗粒破碎是导致堆石体蠕变的主要因素之一,为研究颗粒破碎效应对堆石料蠕变特性的影响,在堆石料单粒强度的Weibull分布和颗粒分形破碎理论的基础上,引入了考虑时间效应的颗粒延迟破坏强度公式,并推求了蠕变条件下堆石料的级配演化过程.之后通过建立蠕变和破碎参量的关系,实现了对三轴试样蠕变变形的计算.最后通过堆石料三轴蠕变试验验证了方法的有效性.新提出的方法不仅能合理预测堆石料的蠕变变形,而且可以较好地反映蠕变过程中试样级配曲线的演化.     

考虑颗粒破碎的堆石料大型三轴试验

通过高应力下的三轴剪切试验,分析了堆石料在不同孔隙率、级配及应力状态下的颗粒破碎情况,研究峰值点处颗粒破碎与其剪胀性、软化性及强度特性的关系。结果表明:颗粒破碎以60～20 mm粒径含量降低、小于5 mm粒径含量增加为主,20～5 mm中等粒径颗粒含量变化较小;颗粒破碎率与塑性功之间存在良好的双曲线关系,在当前试验围压范围内存在极限颗粒破碎率;应力-应变曲线中峰值点对应的剪胀率与颗粒破碎率在倒数轴坐标中近似线性相关,与对应的最大主应力比呈线性关系;峰值内摩擦角与对应处颗粒破碎率存在良好的线性关系。     

堆石颗粒浸水破碎引起堆石料湿化变形研究

为研究堆石料的湿化变形,首先通过室内颗粒破碎试验分析了粒径对岩石颗粒强度和软化系数的影响;然后依据散粒集合体应力与应变张量表达式和岩石颗粒的软化系数,建立了饱和与干燥试样的应力-应变转换关系,结合双线法预测了堆石料的湿化变形;最后通过算例分析了该方法的有效性.结果表明：浸水湿化会降低岩石颗粒的强度,饱和与干燥玄武岩颗粒的强度均服从Weibull分布;颗粒特征强度随粒径的增加而降低,但是Weibull模量和颗粒的软化系数没有明显的粒径相关性.堆石料饱和与干燥试样的应力-应变关系可通过岩石颗粒软化系数进行变换;由饱和试样的应力-应变关系和岩石颗粒软化系数可估算堆石料浸水后因颗粒破碎引起的湿化变形.算例中预测结果与试验结果整体比较接近,表明岩石颗粒浸水后强度降低导致的颗粒破碎是堆石料产生湿化变形的主要原因.     

堆石料非线性弹性模型试验研究

在堆石料大三轴试验基础之上,提出了一适合于堆石料强度与变形特性的非线性弹性本构模型,将Duncan-Chang模型与本新建非线性弹性模型进行了对比分析,从而验证了该模型的可靠性。     

堆石料本构建模新途径

在对堆石料主要应力应变特性进行分析的基础上,对堆石料的2大类本构模型——非线性弹性模型和弹塑性模型的特点进行举例评析,从理论上指出了这2类本构模型的不足之处,并引入了一类具有独特建模思想的连续介质本构理论——亚塑性理论,对堆石料进行了亚塑性建模及初步应用研究.理论分析和算例表明,所建堆石料亚塑性模型能够合理反映堆石料的主要力学特性,且具有本构参数适用范围广的特点.     

堆石料强度的缩尺效应试验研究

在超大型和大型三轴仪上开展了级配缩尺后不同最大粒径堆石料的强度试验,研究了强度的缩尺效应.试验结果表明:随着最大粒径的增大,强度指标c增大、(φ)变小,非线性强度指标(φ)0变大、△(φ)变大.颗粒破碎是强度随着最大粒径变化的主要原因之一.同等应力条件下,颗粒破碎率随着最大粒径的增大而增大;当应力较小时,不同最大粒径堆...     

堆石料湿化变形三轴试验研究

采用大型三轴仪分别进行各向等压及不同围压不同湿化应力水平条件下的三轴湿化试验,对堆石料在上述情况下的湿化变形特性进行研究。基于单线法,建立适合于堆石料湿化变形的新模型,通过研究湿化轴向变形及体积变形与围压以及湿化应力水平的关系,提出单线法湿化变形经验公式,并结合试验成果对堆石料的湿化模型参数进行拟合。研究结果表明:在各向等压条件下,湿化体积变形与轴向变形和围压的关系分别可用双曲线与直线表示;在围压一定时,偏应力引起的湿化体积变形与湿化应力水平的关系可采用线性拟合,而湿化轴向变形与湿化应力水平呈指数关系;拟合曲线与试验结果曲线较吻合,表明该模型能较好地反映堆石料湿化变形的特征,证实了该模型的合理性。     

沥青砼面板堆石坝堆石料爆破参数优化设计

本文通过张河湾抽水蓄能电站上水库沥青砼面板堆石坝堆石料开采,建立了以爆破块度为约束条件、总成本最低为优化目标的数学模型,通过对爆破参数的优化设计,取得了较好的经济效益。     

堆石料的渗透性与渗透稳定性试验研究

结合宜兴抽水蓄能电站面板堆石坝坝料的渗透性和渗透稳定性试验研究,设计了一种结构合理,使用方便的粗粒土渗透仪,使用该渗透仪进行了20组坝料渗透试验和一组坝料的渗透变形试验,试验结果表明,粗料土的渗透系数受细粒含量和级配控制,堆石料的渗透系数均很在,属强透水材料,临界水力梯度有两个：一个是出现管涌的临界水力梯度,另一个是出现流土的临界水力梯度。由于管涌临界水力梯度较低,因此需要验算坝体在各种工况下的流网特性,控制坝体中的水力梯度,防止出现渗透变形。     

堆石料强度及变形特性缩尺效应试验

对某原型级配堆石料,采用混合法根据规范要求缩尺,获得3条模拟级配曲线,相应的最大颗粒粒径分别为20 mm、40 mm和60 mm。对缩尺后的堆石料,采用同一相对密度作为制样标准,利用大型和中型三轴剪切仪分别进行不同围压下各向等压固结排水剪切试验,探讨堆石料强度和变形特性的缩尺效应。结果表明:堆石料的非线性强度指标φ_0和Δφ均随试样最大粒径d_(max)的增加呈对数函数增大;通过研究粒径和围压对粗粒土变形性质的影响,发现初始弹性模量E_i和体积切线模量B_t均随d_(max)的增加而线性增大,初始泊松比ν_i随d_(max)的增大逐渐减小(两者之间存在良好的幂函数关系);此外,总结出E_i、ν_i和B_t与d_(max)及围压σ_3之间的关系式,据此可初步估计d_(max)对E_i、ν_i和B_t的影响。     

带肋钢筋与堆石料接触面剪切特性

设计了一种用于堆石料中筋材拉拔试验的试验装置,并开展了带肋钢筋在堆石料中的一系列拉拔试验,研究钢筋-堆石料接触面的剪切特性。试验结果表明:接触面的剪应力-剪切位移关系曲线均呈明显的非线性关系,形状类似于下端开口的抛物线;堆石料上覆压力对试验结果影响较大,随着上覆压力的增加,峰值和残余剪应力均逐渐增加,但峰值剪切位移逐渐减小。此外,基于损伤力学理论建立了一个接触面损伤本构模型,该模型能较好地模拟上覆压力对接触面剪切特性的影响,以及剪应力-剪切位移曲线的应变硬化、应变软化、残余状态等非线性特征。     

宜兴抽水蓄能电站砂岩堆石料物理力学性质

宜兴抽水蓄能电站的上库坝和下库坝均为面板堆石坝,堆石的性质对坝的变形和稳定性有较大的影响,堆石的主要岩性为砂岩,通过室内试验,探讨了砂岩的含水率,比重,波速等物理性质以及抗剪强度,单轴抗压强度、2MPa各向等压的体积压缩率,体积压缩模量,堆石料的压缩特 性,试验结果表明砂岩堆石料由于裂隙发育,浸水后岩石抗剪强度和单轴抗压强度明显降低,堆石料压缩性增加,但岩块的体积压缩率浸水前后变化不明显。     

干湿循环作用下红砂岩堆石料力学性能研究

为研究红砂岩堆石料在干湿循环作用下的力学性能,以干湿循环次数为主要变量,开展常规三轴压缩试验。研究结果表明:不同干湿循环次数下,红砂岩堆石料应力-应变曲线变化规律基本一致,整体呈现出明显的应变软化。应力-应变曲线在初期快速增加,直至出现峰值,而后开始降低,最后趋于稳定;相同干湿循环次数下,试样破坏强度随围压增大而逐渐增长;相同围压,破坏强度随干湿循环次数增加而逐渐降低,破坏强度与干湿循环次数呈现指数关系;当干湿循环次数增加时,试样强度指标黏聚力逐渐减小,从125.9 kPa降低到62.3 kPa,黏聚力降幅约50%,且黏聚力与干湿循环次数之间成负线性关系;与之相似,另一强度指标内摩擦角逐渐减小,但降低幅度较小,减小幅度为15%左右,与干湿循环次数呈现指数关系。     

考虑级配影响的堆石料力学特性研究

基于分形理论,分别进行了8组级配堆石料的相对密度试验及室内大型三轴压缩试验,试验之后对部分级配进行筛分处理,分析了堆石料不同级配制样分形维数与试样干密度、破碎率、强度特性、破坏比、初始切线模量参数以及体积模量参数之间的规律,建立了堆石料邓肯E-B模型参数与制样分形维数之间的函数关系式,并选用一组级配的三轴试验结果验证函数关系合理性.结果表明:级配是影响堆石料力学特性的重要因素,不同级配本构模型参数的拟合曲线相关性较好,制样分形维数的函数式可以较好地反应级配对堆石料物理力学性质的影响.     

碎石颗粒堆的崩塌响应分析

试验模拟了碎石颗粒堆在匀速加载作用下的受力及崩塌情况;研究了崩塌产生的频率及幅度,分析了影响崩塌产生的因素。结果表明荷载大小及碎石颗粒表面情况对碎石颗粒堆的崩塌产生显著影响。对匀速荷载下碎石颗粒堆的崩塌响应给出了理论解释。     

考虑孔隙比影响的堆石料湿化试验及湿化模型

对某堆石坝的坝壳料进行了不同密实状态下的单线法三轴湿化试验,分析了湿化变形随围压、应力水平以及初始孔隙比的变化规律。结果表明：在围压和应力水平相同条件下,随着初始孔隙比的减小,堆石料湿化轴向应变和体积应变均明显降低;初始孔隙比对湿化应力剪胀规律影响不大,采用对数形式的湿化剪胀方程可对不同初始孔隙比条件下的湿化应力剪胀关系进行统一描述。对指数形式的湿化轴向应变经验模型进行修正,构建了考虑初始孔隙比及应力状态影响的湿化轴向应变计算模型,并联立湿化剪胀方程推导了湿化体积应变的计算公式,通过对三轴湿化试验结果进行模拟验证了该公式的合理性。     

堆石料Wang-Wu亚塑性本构模型参数求取的改进

研究Wang-Wu提出的亚塑性模型,并指出该模型应用在堆石料时存在的不足.推导了模型参数的求取方法,建立了参数与围压之间的关系,提出了新的模型参数.通过堆石料大型侧限压缩试验、大型三轴排水试验、邓肯E-B模型和改进的沈珠江双屈服面模型,反演其他围压的试验值并进行对比验证.所得成果表明,提出的7个新参数有效地解决该模型应用到堆石体材料时遇到的确定参数的难题,有利于将该模型推广到堆石体材料工程.     

基于宏观实验数据的堆石料细观本构模型参数反演

如何精确估计岩石材料细观本构模型参数是制约离散元方法发展与应用的瓶颈之一。提出基于响应面法的堆石料细观本构模型参数反演方法。建立一种用于岩石细观本构模型参数反演的响应面函数形式,在宏观实验数据与细观模型参数之间建立桥梁,实现岩石试样变形与模型参数之间关系的高精度非线性映射。基于堆石料试样的宏观实验数据和响应面函数模型,将模型参数反演问题转化为优化问题处理,反演确定岩石材料细观本构模型参数。结果表明:堆石料细观本构模型参数,包括法向接触刚度、切向接触刚度及摩擦系数,随围压增加而稍有增加;材料的法向接触刚度与切向接触刚度近似相等。反演分析预测的偏应力-轴向应变曲线与试验曲线吻合较好,实验验证了所提出反演方法的有效性。