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堆石料风化过程中的抗剪强度和变形特性研究

孙国亮  
【摘要】: 堆石体的长期变形问题是目前工程界普遍关注又亟待解决的关键问题之一。堆石体的长期变形不仅与外部荷载有关,温度变化、水位波动、雨水入浸和蒸发等环境因素变化都会造成堆石料颗粒的逐步劣化,从而引发堆石体的变形。目前,国内外文献对在应力作用下堆石料风化过程中力学特性变化的研究尚鲜有报道。本文从设备研制入手,通过材料试验、机理分析、模型建立、数值实现和工程应用等多种途径,对应力作用下堆石料风化过程中力学性质变化的规律进行了深入地探讨。本文取得的主要成果有: 1.堆石料风化仪研制。研制了可进行干湿循环、温度变化和应力三因素耦合试验研究的堆石料风化仪。该设备包括竖向压缩系统、水平直剪系统、冷热和干湿循环系统。能够研究受荷堆石料在风化过程中的变形和强度特性。 2.堆石料风化试验和风化颗粒破碎特性研究。对泥质粉砂岩堆石料分别进行了岩块风化试验以及荷载作用下的干湿循环试验、冷热循环试验和湿冷-干热耦合循环试验。研究了干湿和温度变化导致堆石料发生风化的现象,对比分析了不同环境因素变化对堆石料风化过程和速度的影响,探讨了堆石料在风化过程中的颗粒劣化破碎现象。 3.堆石料风化过程中的变形特性研究。根据泥质粉砂岩堆石料风化试验结果,对比分析了干湿、冷热和湿冷-干热耦合循环等不同环境因素变化所致堆石料劣化变形的特点和发生机理。以湿冷-干热耦合循环试验结果为基础,探讨了堆石料劣化变形的发展规律,分别建立了堆石料劣化变形基于初应变方法的非线性模型和弹塑性模型。 4.堆石料风化过程中的抗剪强度特性研究。在泥质粉砂岩堆石料湿冷-干热耦合风化试验的基础上,分别进行了风化试验后的就机直剪试验、风化后再剪试验和常规三轴压缩试验,探讨了堆石料风化过程中强度特性的变化规律,分析了堆石料风化过程中抗剪强度变化的颗粒劣化和变形压密双重作用机理。 5.有限元计算程序和工程应用。建立了堆石料劣化变形计算模型的有限元格式,并针对糯扎渡高心墙堆石坝上游侧软岩料的使用问题进行了典型工程案例分析。


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