级配对堆石料颗粒破碎及力学特性的影响

级配是影响堆石料颗粒破碎和力学特性的重要因素。为研究级配对堆石料强度和变形特性的影响,开展了3种堆石料的大型三轴排水剪切试验;同时为分析不同级配堆石料的颗粒破碎特性,对试验前后试样进行了颗分试验。试验结果表明,颗粒破碎率随应力的增大而增大,在同一围压情况下,相比于细颗粒含量高的堆石料,细颗粒含量少的产生的颗粒破碎率要大。随细颗粒含量的增加,强度指标变大,抵御变形能力增强,剪切过程中产生的体积变形小,剪胀更为明显。     

人工模拟堆石料颗粒破碎的分形特性

人工制备等粒径、不同强度的水泥球颗粒模拟堆石料,进行室内三轴加载试验。依据试验前后颗粒破碎后的粒径分布,采用Tyler等建立的分形模型,研究堆石料颗粒破碎的分形特性,并与Hardin相对颗粒破碎率进行对比分析,探究分形维数表征颗粒破碎程度的可行性。结果表明:排水和不排水条件下得到的结果相似,试验采用的4种水泥含量的试样颗粒在颗粒破碎后的分布特征具有良好的分形特性。同一水泥含量下,随着围压的升高,堆石料分形维数逐渐增大;高围压下,颗粒破碎严重,中间粒径和细粒含量较多,级配更均匀,分形模拟结果与试验结果较低围压下具有更好的线性关系。相同围压下,随着颗粒强度的增大,颗粒破碎程度减小,分形维数随之逐渐减小。通过与Hardin相对颗粒破碎率进行对比可知,分形维数可以很好地表征试样的级配情况,其值越大,级配越良好,粒径分布情况越均匀,颗粒破碎越严重。     

颗粒破碎对堆石料静动力特性影响的试验研究

开展了堆石料的大型静力三轴试验和动力三轴试验,研究了级配与颗粒破碎对静力力学特性的影响,讨论了动静力力学特性的相似性。研究表明当细颗粒含量在30%以内时,堆石料的强度指标和弹性模量随细颗粒含量的明显增加而提高;颗粒破碎对堆石料的力学特性影响较大,堆石料的颗粒破碎程度随细颗粒含量的增加而减少,随应力的增大而增大。研究还表明,堆石料的动力力学特性与静力力学特性具有相似性,当细颗粒含量增加后,级配趋向优良,堆石料的最大动模量和抵御地震残余变形的能力得到了提高。     

考虑级配影响的堆石料强度与变形特性

利用大型三轴仪选用一种典型堆石料,通过设置4种级配、4种相对密度开展一系列不同围压作用下的大型三轴压缩试验,以研究级配、密度、应力状态等因素对堆石料强度与变形特性的影响。基于以上试验,对比分析不同级配、不同密度、不同围压条件下堆石料的应力变形特性,结果表明:试样颗粒越粗,剪切过程中试样越呈现应变硬化和压缩变形特性,随着颗粒逐渐变细,应变软化和剪胀特性愈加明显;堆石料强度与变形特性不仅与其密实和所处的应力状态有关,而且初始级配对其强度与变形特性有显著影响;堆石料强度包络线符合幂函数关系,并通过分析计算验证了其合理性与正确性。分析结果为进一步研究堆石料的状态相关剪胀理论及状态相关本构模型奠定了基础。     

考虑缩尺效应对颗粒破碎影响的堆石料临界状态研究

堆石料缩尺后的替代料与原级配料的强度变形特性存在差异,揭示这种差异对堆石料工程运用具有重要的科学价值.采用相似级配法和混合法对弱风化灰岩料进行缩尺,缩尺后堆石料最大粒径分别为60、40、20、10 mm,通过三轴固结排水剪切试验进行缩尺后替代料的应力变形特性研究,分析了缩尺方法和试样最大粒径对堆石料临界状态及临界状态方...     

考虑缩尺效应对堆石料颗粒破碎影响的压缩试验研究

大量的压缩试验结果表明,堆石料试样的压缩特性和颗粒破碎特性存在明显的缩尺效应,但系统研究缩尺方法、试样最大粒径、试样直径等对颗粒破碎特性的影响较少。采用侧限压缩试验开展灰岩堆石料的尺寸效应研究,分析了缩尺方法、试样直径和试样最大粒径对压缩特性和颗粒破碎特性的影响规律。结果表明：压缩系数随着试样中粗颗粒含量的上升呈先降低后增大的趋势,压缩系数与试样最大粒径呈正相关,与试样直径呈负相关;引入相对颗粒破碎率评价指标,建立了缩尺方法与相对颗粒破碎率之间的幂函数关系,相对颗粒破碎率随试样直径和试样最大粒径的发展规律可拟合为曲面方程。研究成果可为进一步构建考虑缩尺效应的弹塑性本构模型提供理论基础。     

考虑颗粒破碎的粗粒料力学特性研究综述

粗粒料在荷载及自身重力作用下易发生颗粒破碎,且颗粒破碎具有随机性和不确定性,严重影响了粗粒料的力学特性。基于此,从考虑颗粒破碎的物理试验出发,介绍了粗粒料的本构模型、影响颗粒破碎的因素、颗粒破碎对粗粒料力学特性的影响,以及颗粒破碎物理模型研究的局限性;系统总结了考虑颗粒破碎的粗粒料力学特性的数值模拟研究方法(如DEM,PFC,DDA等)及其存在的缺陷,并为突破数值模拟方法不能考虑颗粒破碎的限制提出了2种解决方法。最后,对今后的研究方向提出了展望——需从细观机理方面建立粗粒料各组构要素的关系。     

堆石料流变试验的颗粒破碎研究

已有的研究成果表明堆石流变与颗粒破碎有关,但流变引起的净破碎率和流变之间的关系尚不明确。通过室内大型流变试验,分析了流变引起的颗粒破碎,发现破碎率与最终流变量之间存在线性函数关系,破碎率与轴压之间存在幂函数关系;轴向流变变形与时间之间的关系可以用对数函数表示,相应的流变参数与轴压之间呈良好的线性关系。     

堆石料强度及变形研究

通过大型三轴剪切试验,研究了广泛应用于众多工程领域的堆石料,在不同围压下和复杂应力状态下的强度和应力一应变关系,得到了所选用堆石料的抗剪强度指标及邓肯张非线性模型的参数值;通过对比不同围压下,试验前后试样的颗粒级配,得到了在试验过程中,堆石料的颗粒破碎度随着囤压的增加而增加,但制样过程中人为导致颗粒破碎的因数也不容忽视.     

考虑单颗粒破碎模式的破碎特征与强度特性研究

单颗粒破坏是影响颗粒材料力学性能和变形特性的重要因素,研究单颗粒的强度和破碎特性可为堤坝变形控制提供试验参数和理论基础,具有重要意义。为研究单颗粒破碎模式对灰岩料的破碎特征和强度特征的影响作用,对不同粒径的庙堂水库灰岩料开展单颗粒压缩试验,总结了4种颗粒破碎模式,并根据颗粒破碎模式将颗粒分类进行筛分统计,研究了颗粒破碎模式对灰岩料破碎特征的强度特征的影响作用。结果表明：除棱角破坏型破坏模式外,其余破坏模式下颗粒级配曲线拟合成果均符合分形分布,破碎后级配曲线拟合成果计算分形维数D较为准确,而棱角破坏型破坏模式的拟合成果值得商榷。不同破坏模式下的颗粒破碎强度均具有明显的尺寸效应,且破碎强度存在明显的差异。结果可为颗粒材料力学性能研究提供理论基础。     

分形理论在堆石料流变中的应用

流变过程中堆石颗粒不断破碎,分形维数在流变过程中随时间发生变化。基于流变过程基本规律,将分形理论应用于堆石料流变过程,构造了两类随时间变化的流变过程分形维数,并建立了颗粒破碎率与分形维数的关系。通过分析过程流变试验颗粒破碎率的变化规律,验证了流变过程中双曲线型分形维数假定的合理性。在此基础上,考虑流变过程中的能量关系并结合颗粒破碎耗能的相关研究,进一步推导了堆石料流变过程中体变随时间的变化规律,从而建立堆石料特定荷载情况下的流变本构模型。与试验结果对比表明:该模型可以从分形的角度反映堆石料流变规律。     

坝体石料级配的爆破预测模型及爆破技术研究

堆石料开采控制爆破技术不但要控制其最大粒径,还要控制其石料级配,按给定的级配进行爆破。文章从爆破石料的颗粒组成的R—R分布函数入手,建立了堆石料爆破块度和级配预测模型,并据此对爆破参数进行设计、调整。通过工程实例的验证,证明采用这一方法,可以使爆破后石料粒径和级配达到比较满意的工程效果。     

堆石坝流变变形的反馈分析

本文中建议了一个比较简单实用的3参数模型，并通过4座已建坝的反馈分析确定了从软岩到砂卵石4种不同质地堆石料的流变参数，今后新建类似堆石坝时可以参考此值进行设计计算。     

考虑振动碾压引起的颗粒破碎对堆石坝变形计算的影响

采用振动碾压填筑堆石坝的过程中,堆石料会发生大量的颗粒破碎,导致粗粒含量减小,细颗粒含量增加,碾压后的级配与设计级配已经不再相同。然而,目前在可研和初设阶段,开展现场碾压试验难度大,而有限元计算大坝变形时采用的堆石料计算参数往往都是设计级配(未考虑碾压)的三轴试验结果。实际上,设计级配的变形模量比碾压后级配(相同密度条件下)的试验结果高。本文参考已建大坝碾压时颗粒破碎的实测结果,采用考虑颗粒破碎的状态相关的堆石料弹塑性本构模型,开展了大坝施工和蓄水的有限元分析研究,计算结果表明:是否考虑碾压过程中的颗粒破碎对大坝变形计算结果有着较大的影响,如果在三轴试验或计算分析中不考虑这个因素,会明显地低估大坝的变形,对大坝的安全性评价是十分不利的,这可能是目前有限元计算的高坝沉降变形比实测偏小的主要原因之一。     

面板堆石坝非线性变形特性及分区影响研究

为了定量分析堆石料分区及其力学特性差异对面板堆石坝变形的影响,采用非线性有限元法,对坝高200 m级的典型面板堆石坝开展竣工期、蓄水期和变形稳定期的变形计算,重点分析5种不同主、次堆石分区方案和4种不同主、次堆石料模量比方案对大坝变形的影响.通过变形分布规律和极值变化规律对比分析表明:不同主、次堆石区分界对坝体变形分布...     

高面板堆石坝考虑流变变形影响的填筑方法

在施工期，取消或适应高面板堆石坝较大的流变形变形影响，填筑方法是保证质量和安全的关键问题，为此，对堆石坝变形的特点及影响因素进行了研究，结合水布垭水电站室内外试验的成果和国内外工程的实例，提出了考虑流变变形相应的堆石坝填筑方法及措施，认为堆石体的变形应尽可能在防渗结构施工前完成，以减少后期的变形量。     

堆石体流变研究进展

介绍了近二十年来国内外在堆石体流变特性的研究,主要是在堆石体流变机理分析、堆石体本构模型的建立、堆石体流变参数的确定等方面所取得的进展和成果。     

颗粒形状及级配对粗颗粒土休止角的影响

为了准确且方便地测量粗颗粒土的休止角,研制了一种基于旋转容器法的粗颗粒土休止角测定仪。利用此装置,对2种粗颗粒土分别进行了15种级配下的休止角试验,并研究了颗粒形状和级配对粗颗粒土休止角的影响。试验结果表明:对于级配相同、颗粒形状不同的粗颗粒土,颗粒呈棱角状砾石料的休止角大于颗粒圆滑的卵石料,不同最大粒径下砾石料的休止角平均值比卵石料高1.3°~2.0°;对于颗粒形状相同、级配不同的粗颗粒土,休止角随最大粒径的增加而增大,最大粒径为20~40 mm时,休止角平均值增长曲线平缓,最大粒径为40~60 mm时,休止角平均值增长速率明显变快;休止角随平均粒径的增大而减小,随不均匀系数的增加而增大。     

高混凝土面板堆石坝流变机理及长期变形预测

对于面板堆石坝,面板的变形主要取决于堆石体变形,如果堆石体变形过大,就会使面板产生裂缝,从而影响其防渗性能,甚至危及坝体的稳定。由于堆石体流变变形的复杂性,影响的因素很多,因此仅仅通过室内试验很难从本质上反映其流变机理和特性,除了试样尺寸与现场的巨大差异引起的缩尺效应误差之外,就是平行试验成果间也会出现差异。回顾了近年来关于堆石体流变机理方面的一些研究进展,介绍了揭示堆石体流变细观机理的两个流变模型,即基于组构理论的流变模型和基于随机散粒体不连续变形理论的流变模型。最后结合正在建设中的水布垭高面板堆石坝进行了流变分析,预测了大坝完建后的流变变形,计算结果表明,考虑流变效应的最大沉降为2.53m,此值基本处在设计的预测范围之内。