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.     

等应力比加载路径下堆石料力学特性的细观数值分析

堆石料的力学特性与应力路径相关,而常规三轴试验的应力路径与堆石坝工程填筑期坝体内的应力路径差别较大,因此本文采用考虑颗粒破碎效应的随机颗粒不连续变形分析(SGDD)方法进行等应力比加载路径下堆石料三轴试验的细观数值模拟,研究固结应力和加载应力比对堆石料强度和变形特性的影响.模拟结果表明:固结应力和加载应力比对堆石料的力学特性影响较大,随着固结应力的增加、加载应力比的减小,应力应变曲线由应变软化型向硬化型转化,试样也由低压剪胀向高压剪缩转变;p-q平面内的强度包络线具有明显的非线性;细观组构量的演化规律与堆石料的宏观力学特性密切相关.     

粗粒料颗粒破碎三维离散元模型及其在密度桶试验中的应用

采用局部应力集中的最大接触力破碎准则,将阿波罗填充模式和最大接触力方向相结合,考虑整体破碎与局部破碎两种破碎模式,建立模拟粗粒料颗粒破碎的离散元模型,对大粒径堆石料的大型相对密度试验机制进行了研究。结果表明:不同破碎模式下的细观力学响应存在较大差异,模拟大粒径堆石料的局部破碎模式可以有效提高数值模拟的精度;堆石块体强度越高,级配偏差对于极值干密度影响程度越大;密度桶高径比过小时,不利于堆石体的振动密实和颗粒重排列,此时试验级配最大干密度的测量值可能远低于理论值,以测量值作为堆石料现场压实检测判别标准,可能会出现相对密度大于1 的情况。     

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.     

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。     

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...     

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。     

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。     

老挝南俄3面板堆石坝结构安全和工程措施研究

在建的老挝南俄3面板堆石坝坝高达两百米级,已接近世界第一高面板堆石坝-水布垭面板堆石坝.南俄3大坝堆石料模量较低,后期变形偏大,面板可能存在挤压破坏、拉裂破坏、翘曲脱空等诸多问题,危害大坝安全.设计建设期工程技术人员就面板应力变形安全、坝体-地基摩擦接触效应、面板脱空等技术问题提出了质疑.本文通过三维有限元方法结合工程...     

叠片墙边界下土体结构应变破坏过程的模拟

为了揭示考虑土体横向变形条件下三轴试样内部的破坏过程,采用叠片墙边界,实现了三轴试样的横向变形,在此基础上,研究不同围压下三轴试样的位移矢量和接触力链,结果表明:叠片墙边界可实现三轴试样的横向变形,有效模拟其破坏过程。土体破坏可分为三个阶段:弹性变形阶段、塑性发展及强度峰值阶段以及峰后破坏阶段。高围压下颗粒主要表现为轴向位移,随围压的增大横向变形出现迟滞现象,而且最终出现的横向变形也更小。即使高围压下试样内部颗粒之间的接触网络产生大量破坏,横向变形大,颗粒间仍存在较大的接触力,即表现为存在较高的残余强度。     

从黄石滩工程堆石料碾压试验看其对设计的影响

在进行黄石滩工程堆石料碾压试验时,发现主、次堆石区料差异较大,特别是次堆石区料易风化、细粒含量高、遇水易软化、渗透性差,主、次堆石区料干密度相差达0.3g/cm^3以上。会对大坝整体应力变形产生较大影响。所以,取消了原次堆石区料场在工程中的应用。     

堆石体在真三轴应力状态下的非共轴性与剪胀特性

基于连续-离散耦合分析方法,发展随机颗粒不连续变形分析方法。采用不规则多面体模拟实际堆石颗粒,制备初始各向同性的堆石料数值试样,进行等平均静水压力p、等中主应力系数b应力路径的真三轴数值试验。分析堆石料在真三轴应力状态下的剪胀特性,以及应变增量与应力增量的非共轴性。研究结果表明:刚开始加载时,应变增量与应力增量共轴,随着加载的进行,应变增量的方向发生偏转,偏转量与中主应力系数b有关,在三轴压缩应力路径(b=0)和三轴拉伸应力路径(b=1)时,几乎不发生偏转;对比Rowe,Roscoe,改进的Roscoe以及Lagioia剪胀模型,改进的Roscoe剪胀模型预测的剪胀曲线与数值试验结果较吻合,在改进的Roscoe剪胀模型上引入1个角隅函数,以反映中主应力对剪胀特性的影响。     

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.     

接缝止水失效情况下湿化对面板堆石坝应力变形的影响分析

基于改进的湿化变形计算模型,采用邓肯-张的E-B模型模拟大坝的堆石体,对接缝止水失效情况下堆石体湿化变形对混凝土面板应力和变形的影响进行了研究。研究结果表明,由于堆石料的湿化变形影响,使得坝体整体沉降增加并发生向下游的水平位移,同时使得面板的挠度增大,且面板的压应力增量比较大,对面板的应力变形产生不利影响。因此,对坝体先期进行浸水,使主要的湿化变形在面板浇筑前发生,可以改善面板的应力变形状态。所得结果适用于类似工程的设计和施工。     

倾倒变形边坡层间破碎带土体三轴蠕变试验研究

倾倒变形是工程边坡变形中常见的一种形式。发生倾倒变形的影响因素很多,其中,层间破碎带的发育极大的促进了边坡倾倒变形的发生。从澜沧江某水电站的倾倒变形边坡中取样来进行三轴蠕变试验。首先,分析层间破碎带土体的蠕变特性;其次,优选出适合蠕变特征曲线的本构模型,该模型为Burgers模型,并确定该模型参数;最后,以实验的成果为依托确定了层间破碎带土体的长期强度为瞬时强度的0.47~0.58倍。这对评价倾倒变形边坡的长期稳定性有着重要的现实意义,同时也为以后类似工程提供借鉴。     

辽西花岗岩三轴蠕变时效性试验

为研究辽西花岗岩的工程力学性能,采用TAW-2000电液伺服岩石三轴仪,对辽西花岗岩试样分别进行了围压为5 MPa、10 MPa和20 MPa条件下的三轴蠕变实验.基于不同围压条件下的三轴蠕变试验数据,绘制辽西花岗岩的三轴蠕变曲线、等时应力应变曲线和蠕变速率曲线,分析试样的蠕变起始应力和长期强度.研究结果表明:等时应力应变与蠕变速率相结合的方法能更好地描述蠕变的发展过程、变形特征和蠕变阶段.随着围压的增加,蠕变速率的波动范围减小,加速蠕变段的发展过程更为平稳,蠕变破坏经历的时间也更长.实验数据的统计分析结果表明:试样的蠕变长期强度阈值为(0.7~0.8)(σ1-σ3).     

基于颗粒流程序的非定常西原体模型

为实现岩石试样蠕变全过程的准确模拟,并从细观角度探究蠕变过程中微裂隙的发生和发展规律,在二维颗粒流程序(PFC2D)中开发出具有黏弹塑性特征的西原体流变接触本构模型,进一步提出包含两种非定常元件的非定常西原体模型,推导了模型本构关系和蠕变方程.在PFC2D中调用自定义西原体流变模型,通过参数调试,获得与真实试样具有相同强度特性的数值试样.以室内单轴压缩蠕变试验数据为基础,在Matlab中对模型非定常参数进行拟合反演分析.在此基础上,进行单轴压缩蠕变试验的模拟,计算过程中分别采用定常和非定常两种模型,并对微裂隙进行监测.对比分析结果表明:定常模型仅适用于衰减和稳定蠕变阶段;非定常模型也可用于描述加速蠕变阶段,从而准确模拟蠕变全过程;加速蠕变阶段主要是由微裂隙的加速发展而产生,加速蠕变将导致试样剪切破坏.     

深部花岗岩50℃卸荷蠕变试验研究

为研究深部花岗岩在温度作用下的卸荷蠕变特性,采用岩石全自动三轴流变仪开展了花岗岩在温度50℃、围压10、20、30 MPa条件下的卸荷蠕变试验,分析了花岗岩高温卸荷蠕变特征、宏观破坏模式和微细观损伤破坏机理.试验结果表明:在温度效应条件下,花岗岩高压卸荷蠕变会产生较大变形;50℃卸荷蠕变条件下,花岗岩的蠕变性能随着围压的卸载而呈指数变化,初始卸荷围压越高,花岗岩越早出现蠕变变形;花岗岩高温卸荷蠕变破坏模式主要为共轭剪切破坏,蠕变作用促使岩石内部损伤裂隙扩展并形成裂隙面而失效破坏;岩石高温卸荷蠕变破坏强度约为常温三轴强度的1/3,其黏聚力和内摩擦角也比常规指标减少30%以上.     

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。     

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。