土石混合体REV尺度数值方法研究

土石混合体是一类较为复杂的宏观二元介质不连续岩土体,不同的块体分布情况及不同的试件尺度导致其具有不同的等效强度特性。基于随机集合体构造(RA S)方法构建了土石混合体的随机模型,编制程序实现了随机模型的输出和数值模型的生成。以西南某大型堆积体滑坡中的典型土石混合体为例,考虑含石量和不同粒径分布规律,建立多组不同尺寸随机模型,进行了大量的数值试验,得到了强度表征单元体积(REV)尺度,在此基础上得到了等效强度参数,并分析了土石混合体受力性能和渐进破坏模式。研究结果表明,土石混合体存在REV尺度,案例所得的REV尺度为1.0 m×1.0 m,不同尺度数值计算结果有一定差别,基于REV尺度的力学参数才符合工程意义。

裂隙岩体三维渗透张量及表征单元体积的确定

将基于复合单元法的数值试验和现场单孔压水试验相结合,对裂隙岩体的三维渗透张量及表征单元体积(REV)进行研究。首先根据研究域岩体的裂隙统计参数及分布规律,运用蒙特卡罗方法在统计域内生成三维随机裂隙网络,然后利用复合单元法计算不同尺寸岩体试件在不同方向上的等效渗透系数,以此计算岩体的三维渗透张量及REV尺度,最后利用现场单孔压水试验结果来修正裂隙岩体的3个渗透主值。在小湾水电站工程中,运用该方法对坝区岩体的三维渗透特性进行分析,得到修正后的岩体三维渗透张量,分析结果表明,结合单孔压水试验和基于复合单元法的数值试验来确定裂隙岩体的三维渗透张量和REV是合理且有效的。

非饱和土应力变量选取原则刍议

在非饱和土本构模型研究中,所选取的变量是否是非饱和土合适的应力变量往往被研究人员所忽视,这会阻碍本构模型的进一步发展。从土体的微观结构、能量守衡及力学平衡这3方面对非饱和土应力变量进行研究,以此提出了非饱和土应力变量选取应遵循的3个原则,强调指出非饱和土应力变量与应力状态变量的区别,并对本构模型研究中常用的应力变量进行分析,发现基质吸力、净法向应力并非为非饱和土应力变量,而有效应力和吸应力为其应力变量。建议使用有效应力来建立本构关系,其除了能满足文中提出的选取原则外,还能与饱和土理论之间有很好的过渡。文中的非饱和土应力变量选取原则还不成熟,但其重要性不容忽视,该研究还有待进一步补充和完善。

基于离散元的柱状节理岩体等效弹性模量尺寸效应研究

尺寸效应的研究在评估节理/裂隙岩体力学性质方面具有重要意义,通过离散元数值方法研究尺寸效应。引入Voronoi图模拟随机节理,以相对标准差为标准,衡量试验结果的稳定性和可靠度,进行了足够次数不同尺寸的单轴压缩数值试验。进而采用统计方法分析Eeq(等效弹性模量)和1/Eeq(等效柔量)的尺寸效应。研究表明:相对标准差值为5%对应的变形REV(representative elementary volume)尺寸约为4倍Voronoi多边形平均边长;样本Eeq的均值随着尺寸的增大显著降低,而样本1/Eeq的均值随尺寸变化很小。对结论的适用性进行了分析,实际工程中多采用样本Eeq的均值估算岩体的整体等效弹性模量,建议同时采用1/Eeq均值的倒数估算其下限。并将此方法应用于白鹤滩水电站节理岩体原位变形试验成果的分析。