【摘要】：300m級(jí)面板壩無建成的工程實(shí)例可供參考，因此，本構(gòu)模型合理與否直接關(guān)系著300m級(jí)面板壩計(jì)算的準(zhǔn)確度，好的本構(gòu)模型可以更精確地預(yù)測(cè)大壩的應(yīng)力變形，更好地指導(dǎo)大壩的設(shè)計(jì)和施工，為選取300m級(jí)面板壩方案提供技術(shù)支持，并為國(guó)家節(jié)省巨額工程建設(shè)投資。目前，高壓力下堆石料的軟化、硬化判別方法、顆粒破碎問題，均為當(dāng)前研究中的熱點(diǎn)。 本文以已建成的世界上最高面板堆石壩——水布埡壩的筑壩材料為試驗(yàn)材料，在國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“300級(jí)面板壩筑壩材料的漸近狀態(tài)顆粒破碎本構(gòu)模型研究”資助下，進(jìn)行了為期兩年的軸變做到24%大變形的大三軸固結(jié)排水剪試驗(yàn)，得到了55個(gè)試樣的高質(zhì)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，限于篇幅，本文從中選擇了16個(gè)襯有噴塑布的數(shù)據(jù)。在這些準(zhǔn)確的大三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)的支撐下，對(duì)《水電水利工程土工試驗(yàn)規(guī)程》中的最大剪應(yīng)力公式進(jìn)行了重新思考和修正，提出了一個(gè)全新的破壞面法公式。以臨界狀態(tài)理論為依據(jù)，吸收狀態(tài)參數(shù)這一創(chuàng)意，提出了一個(gè)新的顆粒破碎影響因子，在砂的狀態(tài)相關(guān)本構(gòu)模型（未考慮顆粒破碎）的基礎(chǔ)上，發(fā)展并建立了粗粒料狀態(tài)相關(guān)的顆粒破碎本構(gòu)模型。 論文主要研究工作和成果如下： 1）進(jìn)行了水布埡壩主堆石料12個(gè)樣、墊層料4個(gè)樣的大型固結(jié)排水三軸試驗(yàn)，獲得了軸變做到24%的高質(zhì)量的q a和v a試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)中嘗試了兩層（或三層）乳膠膜內(nèi)部包裹一層噴塑布的裝樣新方法，成功地解決了因乳膠膜層數(shù)多而導(dǎo)致試樣扎不緊而漏水的難題，保證了高圍壓下試驗(yàn)的順利進(jìn)行，其中高圍壓3.5MPa試樣的軸變做到了少見的30%（通常做不到），找到了試驗(yàn)曲線上的臨界狀態(tài)點(diǎn)。 2）在大三軸試驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)，剪切階段的試樣可看做兩個(gè)扣在一起的圓臺(tái)。采用規(guī)程的試樣中軸應(yīng)力處處相等的假設(shè)，在此基礎(chǔ)上建立了力的平衡方程，推導(dǎo)了最大剪應(yīng)力公式。推導(dǎo)出的最大剪應(yīng)力公式與規(guī)程中現(xiàn)有的公式相同，從而引發(fā)了新的思考，并為隨后的破壞法新公式的提出開辟了道路。 3）研究了常三軸應(yīng)力路徑下堆石料的應(yīng)力變形機(jī)理。首次發(fā)現(xiàn)了在高圍壓下，，規(guī)程中公式得到高壓密堆石料固結(jié)排水試驗(yàn)的q a曲線和v a曲線的臨界狀態(tài)點(diǎn)明顯不唯一，不符合《高等土力學(xué)》書中對(duì)臨界狀態(tài)的定義；更為重要的是：首次發(fā)現(xiàn)了圍壓1.8MPa以上的水布埡主堆石料試樣，其狀態(tài)參數(shù)0，屬于松堆石料，其應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)該為硬化，而按規(guī)程中公式得出的曲線卻是軟化。以上兩個(gè)問題，說明了規(guī)程公式計(jì)算最大剪應(yīng)力時(shí)存在較大誤差，本文認(rèn)為：其根本原因在于規(guī)程假定三軸試樣不同高度處的軸應(yīng)力相等的假設(shè)不合理。 4）在大三軸卸樣時(shí)，首次發(fā)現(xiàn)了破壞面的存在，近而通過研究試樣外襯噴塑布的裂縫分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)壩料三軸試樣普遍存在著破壞面。首次提出試樣破壞面上的最大剪應(yīng)力等于圓心破壞點(diǎn)處微元體的大主應(yīng)力減去小主應(yīng)力，并據(jù)此推導(dǎo)出了一個(gè)破壞面法新公式。由破壞面法新公式得到的臨界狀態(tài)點(diǎn)位置唯一，應(yīng)力應(yīng)變曲線符合按狀態(tài)參數(shù)確定的軟化或硬化規(guī)律，克服了規(guī)程中公式的缺點(diǎn)。 5）基于高質(zhì)量的堆石料顆粒破碎級(jí)配曲線，首次在硬化法則中添加了新提出的包含相對(duì)顆粒破碎率與圍壓的影響因子，并引進(jìn)了砂的狀態(tài)相關(guān)的修正羅維剪脹方程以用于堆石料，建立了高壓密堆石料狀態(tài)相關(guān)的顆粒破碎本構(gòu)模型。新模型對(duì)試驗(yàn)曲線預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性好。與檢索到的、僅有的兩篇關(guān)于堆石料狀態(tài)相關(guān)的顆粒破碎的本構(gòu)模型的文章上的成果比較，新模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性明顯優(yōu)于現(xiàn)有模型。
【圖文】：

程為:力比， ＝q/p，q 為偏應(yīng)力， p 為平均主應(yīng)pv 為塑性體應(yīng)變?cè)隽�，pdd 為塑性剪應(yīng)變?cè)隽繎B(tài)（例如它的密度）與應(yīng)力狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，故其關(guān)系，能很好描述黏土的剪脹性。及堆石料這樣的粗粒土，其剪脹特性不僅取決和堆石料的密度與當(dāng)前的應(yīng)力狀態(tài)不存在一一砂和堆石料是不適用的。有不同密度砂土試樣的三軸壓縮不排水試驗(yàn)結(jié) 1 中虛線代表臨界狀態(tài)應(yīng)力比，它與松砂中密、C 三點(diǎn)。A 點(diǎn)孔隙壓力為正，表現(xiàn)為剪縮特剪脹特性。這說明對(duì)同一種砂土，當(dāng)砂土的密一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，尚需建立剪脹與應(yīng)力比、密度pvpddd Md

(a) 裝樣 (b) 卸樣圖 2.1 1500kN 微機(jī)控制電液伺服靜態(tài)三軸試驗(yàn)機(jī)樣尺寸為直徑 300 毫米，高 600 毫米的圓柱體。儀器最大軸向靜出力 1500kN向行程為 250mm，力值及位移測(cè)量精度均為 1%，分辨率 0.1%。設(shè)定的最大4MPa。該儀器為全自動(dòng)試驗(yàn)儀器，它將電子、傳感器、機(jī)械、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及制系統(tǒng)集于一身，能夠由軟件控制完成常規(guī)三軸試驗(yàn)，軟件界面見圖 2.2。
【學(xué)位授予單位】：三峽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TV641

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2526930