堆石体修正Rowe剪胀方程与南水模型

在分析堆石体三轴试验成果的基础上,探讨了堆石体的体积变形特性,提出了形式简洁的堆石体修正Rowe剪胀方程。将所建立的修正Rowe剪胀方程引入到沈珠江院士提出的"南水模型",克服了该模型由于采用体变–轴向应变抛物线假设所带来的一些缺陷。应用堆石体常规三轴试验和典型复杂应力路径三轴试验成果对修正后模型的合理性进行了验证。

改进Rowe剪胀方程和南水模型在面板堆石坝中的应用

基于面板堆石坝筑坝材料大型三轴试验数据,研究了南水模型和Rowe剪胀方程的参数求取方法与应用范围,发现南水模型对于堆石料拟合效果欠佳。采用改进的Rowe剪胀方程替换南水模型中切线体积比的表述公式,克服了南水模型在拟合体积应变曲线时的一些缺陷。通过编制改进后南水模型的非线性有限元程序,将其应用于工程实例中以验证改进模型。结果表明:改进后的南水模型可以较好地模拟堆石材料剪胀剪缩性,堆石料沉降量较原模型更接近实测值,适用于面板堆石坝的应力变形分析。

胶结砂砾石料剪胀方程研究

分析了胶结砂砾石料的剪胀特性及其与围压、胶结掺量之间的关系,探讨了Rowe剪胀方程、修正剑桥模型的剪胀方程对胶结砂砾石料剪胀性的适用性,在此基础上提出一种新的胶结砂砾石料剪胀模型。研究表明:修正剑桥模型的剪胀方程不能反映胶结砂砾石料的剪胀性;Rowe剪胀方程在一定程度上能反映粗粒土的剪胀性,但高围压下在压缩阶段低估了其压缩性、而在剪胀阶段则高估了其剪胀性。提出的新剪胀方程是一种二次函数,参数简单,只需通过胶结砂砾石料三轴剪切试验即可确定,利用几种胶结砂砾石料的试验结果能很好地验证其适用性。

粗粒土非线性剪胀模型研究

粗粒土具有明显的剪胀剪缩性,为非虎克材料。对8种颗粒材料进行了11组三轴试验,将体应变分为球应力和偏应力引起的体应变两部分,并假定弹性变形泊松比为常数,对实测体应变两部分大小进行了分离。假定三轴试验的轴向应变和剪应力引起的体应变服从Rowe剪胀方程,分析表明,对任一种颗粒材料而言,Rowe剪胀方程参数Kf的归一性良好,即不同应力状态下参数Kf均近似为一个常数。在此基础上,基于邓肯–张模型和Rowe剪胀方程,建立了体变模量KP、剪胀模量Kq、剪切模量G三参量与应力状态的关系,初步提出了一种新的非线性剪胀模型。该模型可视为邓肯–张模型的改进型模型。经验证,该模型能比较准确地描述各种颗粒材料的体变过程,是一种物理概念明确,简单实用的非线性剪胀模型。

粗粒土剪胀性大型三轴试验研究

剪胀性是土体显著区别于一般弹性材料的基本特性,与土体的强度和变形特性密切相关。通过4组不同初始密度的塔城砂砾石常规大型三轴试验,研究剪胀性对粗粒土强度和变形特性的影响。试验结果表明,(1)若体变速率(体变和轴向应变均以压缩为正)先从正值减小到负值并达到最小值,随后又有所增大但仍小于0,则应力-应变曲线为软化型,在比值为最小值时土体剪胀性最大,对应于峰值强度,若体变速率从某一正值单调减小并一直大于0,则应力-应变曲线为硬化型;(2)体变变化趋势取决于剪胀性和压缩性的大小,剪切后期若剪胀速率大于压缩速率,则体变先压缩后膨胀,应力-应变曲线呈软化型,反之若剪胀速率小于压缩速率,则体变一直是压缩的,应力-应变曲线呈硬化型。研究结果对于加深认识粗粒土的强度和变形特性具有重要意义。

考虑密度影响的粗粒料剪胀模型

密度对粗粒料的力学特性具有重要影响,而传统的土石坝应力变形分析较难考虑密度变化的影响。通过4组不同初始密度的粗粒料大型三轴试验,研究了密度对粗粒料强度和变形特性的影响。基于土石坝分析常用的邓肯-张模型,引入能反映粗粒料变形特征的Rowe剪胀方程,同时考虑密度对模型参数的影响,建立能考虑密度影响的粗粒料非线性剪胀模型。模型拟合结果表明:提出的剪胀模型能较好模拟粗粒料的剪胀性,合理反映粗粒料的力学特性,是一种理论简单、物理意义明确、参数确定方便、工程经验丰富的非线性剪胀模型。

钢珠模拟堆石料三轴试验研究

颗粒滑移是影响堆石体强度和变形的主要因素之一。本文采用钢珠人工模拟堆石料进行常规三轴排水试验,探讨堆石料变形细观机理对其强度和变形特性的影响。研究工作表明,不破碎模拟堆石料的莫尔-库仑强度包线为过原点的直线。在峰值强度以前,不破碎人工模拟堆石料的变形近似满足Rowe剪胀方程。在峰值强度以后,颗粒组咬合结构的崩塌失稳变形可显著地削弱土体的剪胀,此时Rowe剪胀方程会过高估计堆石料的剪胀变形。修正Rowe剪胀方程对颗粒非滑移变形具有更好的适应性。