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粗粒土力学特性三轴试验与模拟研究

闫勋念  
【摘要】:粗粒土在土石坝工程中应用非常广泛,但是在土石坝的不同部位,使用的粗粒土的工程性质相差很大,如坝壳料多用透水性强的堆石料,而心墙防渗料多采用透水性小的砾质土。不同粗粒土的工程特性研究已经成为土石坝工程的一项重要研究内容。在土石坝的有限元计算中大多采用邓肯—张模型,然而邓肯—张模型能否反映粗粒土的应力应变特性,能否反映土石坝的实际应力路径还有待验证。本文围绕以上问题展开了研究。 首先,对糯扎渡心墙堆石坝进行了三维有限元计算,研究了坝体不同位置处的应力路径;发现在施工填筑期土石坝内各点经历了大小主应力成等应力比增加的应力路径。 其次,对3种不同粗料含量的非饱和砾质土心墙料做不同含水量下的不固结不排水试验,研究粗料含量和含水量对砾质土的力学性质的影响。试验结果表明提高粗料含量会减小心墙料的体变,有利于心墙的稳定;提高含水量会降低心墙料的强度,并且使试样难以击实。对非饱和砾质土心墙料做一组等应力比和等应力增量比为常数的试验,发现邓肯-张模型基本能反映该应力路径下的应力应变关系。 再次,对坝壳粗粒料进行了固结排水剪切试验,分析了粗粒料的应力应变特性,并整理了粗粒料的抗剪强度指标及邓肯-张模型参数。对坝壳粗粒料进行了不同比值的等应力比应力路径试验,其应力应变关系与砾质土较为接近。 最后,根据粗粒土的试验结果,发现邓肯—张模型能够较合理地确定粗粒土的切线弹性模量;但是求取切线泊松比误差较大,不能较好地描述粗粒土的体变特性。本文针对粗粒土的切线泊松比提出了新的改进模型。该改进模型把-ε_3~ε_1关系曲线分成两段考虑,分别用抛物线和直线进行拟合,给出切线泊松的计算公式。对多种粗粒土三轴试验结果的验证初步表明,改进模型比邓肯—张E-v模型能够更为合理地反映粗粒土的体变特性。


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