胶结颗粒材料在水利工程施工中的应用

为探究胶结颗粒材料在水利工程筑坝施工过程中的力学及耐久性特性,对现场胶凝砂砾石材料取样并开展了抗剪强度、层间渗透溶蚀、热性能以及低温饱水强度试验,研究成果可为该类筑坝技术在围堰等临时性工程以及其它部分永久性工程的推广运用提供借鉴。

胶结颗粒材料抗拉强度数值试验

为获得胶结颗粒材料细观参数对其抗拉性能的影响,基于离散元理论提出一种胶结颗粒材料单轴拉伸试验数值模拟方法。将数值模拟得到的胶结颗粒材料拉伸应力-应变曲线与试验结果进行对比,验证了数值模拟方法的可行性。采用该方法研究了颗粒粘结参数对平行粘结模型数值试样抗拉强度的影响,建立了给定颗粒尺寸和空隙率情况下的胶结颗粒材料抗拉强度数学预测模型,并根据颗粒粘结参数直接估计胶结颗粒材料抗拉强度。研究结果表明:采用平行粘结模型的数值试样能够较为准确地反映胶结颗粒材料的拉伸力学性状;在颗粒尺寸和空隙率不变的情况下,胶结颗粒材料的抗拉强度与粘结半径系数呈二次函数关系;粘结切向强度和粘结法向强度同步线性增大时,抗拉强度线性增大;粘结切向强度小于粘结法向强度时,抗拉强度随粘结法向强度增长的趋势减缓。

多种应力路径下结构性土胶结破损演化规律离散元分析

结构性土体通常指粒间含有胶结的土体,可看成一种特殊的胶结颗粒材料,探明结构性土体的胶结破损演化规律是加深结构性土体宏微观力学性质认识及建立结构性土本构模型的关键。由于试验手段难以定量获取胶结破损信息,通过离散单元法分析了结构性土体的胶结破损演化规律。首先采用相对完备的胶结接触模型建立了结构性土体离散元试样,接触模型考虑了颗粒及胶结物质的抗转动和抗扭转作用以及胶结尺寸对刚度和强度的影响;然后开展了结构性土侧限压缩、等向压缩、等应力比压缩以及常规三轴和真三轴试验的离散元数值分析,再现了结构性土的主要宏观力学特征;在此基础上的胶结破损演化分析表明胶结破损参量B0演化具有明显的应力路径相关性,而新提出的破损参量Bσ应力路径相关性低,通过Bσ与等效塑性应变的指数函数关系,可以描述结构性土体的胶结破损演化情况。

结构性黄土双轴压缩试验的离散元数值仿真分析

通过建立胶结强度与初始含水率之间的关系将含水率引入胶结接触模型,并将其应用于饱和重塑土和不同含水率结构性黄土离散元试样的常规双轴试验数值模拟中。结果表明:结构性黄土离散元试样双轴试验的宏观力学行为与天然结构性黄土室内三轴试验结果相似。即围压越低,含水率越低,则试样越容易表现出应变软化和剪胀;反之则试样越容易表现为应变硬化和剪缩。该宏观力学行为与试样粒间胶结破坏密切相关。即围压越低,含水率越低,则试样固结过程产生的胶结破坏越少,后续胶结破坏对试样宏观力学行为影响较大,试样越容易表现出应变软化和剪胀。