面板堆石坝接触面试验研究和本构模型的建立

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1、南京水利科学研究院博士学位论文面板堆石坝接触面试验研究和本构模型的建立姓名：李登华申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：郦能惠20090601南京水利科学研究院博．i：学位论文摘要本文从试验仪器研发、接触面试验研究、接触面本构模型等方面对土与混凝土接触面的力学特性进行了系统的研究；研制了新型土与结构接触面试验仪，开发了相关的细观量测软件，进行了粗粒土与混凝土板接触面试验研究，建立了基于损伤原理的接触面本构模型，主要内容如下：(1)自主研制了新型土与结构接触面试验仪，该仪器允许接触区土体沿剪切方向自由变形并可从细观角度观察和测定接触区土体颗粒的状态和运动。试验结果表明这是一

2、台可以较真实地反映与研究土与结构物接触面应力变形性状的仪器；(2)在新研制的土与结构物接触面试验仪中引入了PIV技术，并解决了图像坐标转换的问题，编译了相关的标点定位程序和坐标转换程序；(3)应用新研制的土与结构接触面试验仪进行接触面剪切试验，试验发现：试验土体受结构物影响的区域随着剪切位移的增大而增大，当达到剪应力峰值时，其影响区域达到最大，本次试验的影响区厚度为试料平均粒径的7~8倍；当达到剪应力峰值后，剪切位移主要发生在结构物接触表面，接触区试料剪切位移较小；土与结构物接触区可分为剪切破坏区、扰动区和未扰动区3部分；即土与结构物相互作用的影响区包括剪切破坏区和扰动区两部

3、分；(4)接触面的抗剪强度和残余强度与法向应力关系具有较好的线性关系，可用摩尔．库仑理论来描述；按混合法缩制的试料会降低试料缩尺效应影响；土颗粒的级配、土颗粒的几何外形、物理力学特性和结构物表面凸凹外形和表面粗糙度对接触面力学特性有较大的影响；(5)当试样可沿剪切方向自由变形时，达到峰值剪应力时的剪切位移随着法向应力的增大而增大；而传统单剪和直剪试验中，其值基本上没有变化，究其原因正是由于剪切环或剪切盒壁限制土体自由变形所引起的；(6)建立了基于损伤力学基本原理的接触面损伤模型来描述土与结构物接触面力学特性。该损伤模型可以用一个统一的表达式来表述，能够较好地反映土与结构物接触

4、面剪切过程中的应变软化特性；模型参数较少，物理意义明确；(7)应用接触面试验成果对该损伤模型进行了验证，模型拟合曲线和试验南京水利科学研究院博lj学位论文曲线吻合较好，证明所建议的土与结构物粗糙接触面损伤模型足合理可行的。关键词：土与结构接触面、新型土与结构接触面试验仪、细观量测、PIV、接触面剪切试验、损伤原理、接触面本构模型¨南京水利科学研究院博I：学位论文ABSTRACTStudyonsoil—structureinterfacemechanicalcharacteristiesandconstitutiveIawarepresentedinthepaper．Anewe

5、xperimentapparatuswithmicro·obserrationsoftwareforsoil-structureinterfacetestisdeveloped．Anewconstitutivemodelisproposedbasedonresultoflaboratorytestanddemagemechanics．ThemainresultsCanbesummarizedasfollows：(1)Anewexperimentapparatus，inwhichdeformationofsoilininterfacezonealongsheardirectio

6、ncoulddevelopunrestrainedlyandthemovementofsoilgranularininterfacezonecouldbemeasuredaccuratelybyparticleimagevelocimetry(PIV)system，forsoil—structureinterfacetestisdeveloped．Thetestresultshowthattheapparatusisgoodtomeasurethestress—deformationpropertiesofsoilininterfacezoneandtostudythebeh

7、aviorandmechanismofsoil—structureinteraction．(2)PIVtechnologyhasbeenintroducedintothenewexperimentapparatusforsoil—structureinterfacetest，andtheproblemofimagecoordinatetransformationhasbeensolved，andthemarkpositionfindingprogramandcoordinatetransformatio