人工模拟堆石料颗粒破碎应变的三轴试验研究

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1、http://www.paper.edu.cn1人工模拟堆石料颗粒破碎应变的三轴试验研究孔德志，张丙印，孙逊清华大学水利水电工程系，水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京（100084）E-mail:kdz04@mails.tsinghua.edu.cn摘要：高应力作用下堆石料的颗粒破碎严重，其对堆石体变形的影响不可忽视。采用水泥净浆浇铸不同粒径和不同强度椭球颗粒的方法，探讨了一种人工模拟堆石料的制备方法。通过系列的三轴试验研究了不同破碎率情况下模拟堆石料应力变形和破碎体应变的特性。结果表明，试验中相对破碎率同颗粒强度和围压力的相对大小直接相关。颗

2、粒破碎对堆石体的应力应变特性具有十分重要的影响。堆石体的破碎体应变均为正值，且随轴向应变的增加而增大，两者近似呈双曲线关系。破碎体应变和破碎率之间存在近似的幂函数关系。关键词：人工模拟堆石料；颗粒破碎；破碎体应变；剪胀性生产的硅粉和日本进口的聚羧酸高效减水0.前言剂等。采用自制的有机玻璃模具，制备了四堆石料被广泛应用于水利、港口、交通种粒径的椭球颗粒（图1），椭球的三个轴长等岩土工程的建设。堆石料多由人工爆破开比分别为9:9:12、12:12:16、15:15:20和采，具有许多天然的肉眼无法看到的潜在缺21:21:28（单位：mm）。陷，在高应力作用

3、下，堆石料的颗粒破碎现制备水泥椭球颗粒的过程为：1）按照象通常会很严重。近年来，随着高土石坝工表1的制备方案配制水泥净浆，用搅拌器搅程的不断兴建，使得高压下堆石料颗粒破碎拌均匀；2）倒入有机玻璃模具（图1），让[1-4]现象日益突显，并越来越受到重视。水泥净浆填满模具中的半椭圆形凹槽，保持目前针对颗粒破碎的研究工作主要针净浆平面高出模具平面5mm左右；3）将两对天然堆石料展开。但天然堆石料试验存在块有机玻璃模具放在震动台上震动10min，颗粒破碎不易控制和颗粒破碎率不能准确使水泥净浆密实；4）静置一定的时间，待确定等困难，使得很难进行定量的研究工水泥净

4、浆呈塑性，然后将一块模具反扣在另作。一块上，挤掉模具间多余的水泥净浆，在模本文尝试采用水泥净浆浇注四种不同具的四个角上用定位插销定位并用夹具夹粒径水泥椭球颗粒的方法，探讨了一种制备紧；5）在标准养护室养护24h后拆模，取人工模拟堆石料的方法。通过调节水灰比和出已成形硬化的水泥椭球颗粒，按照表1不龄期控制水泥球的颗粒强度，从而可以实现同方案在养护室中养护到规定的时间。在同样应力条件下，控制不同颗粒破碎率的目的。采用上述方法制备的人工模拟堆石料，进行了多组常规三轴排水剪切试验，对堆石料的颗粒破碎应变进行了系统的试验研究。1.试验方法1.1试验材料和试样制备

5、制备水泥椭球颗粒的材料包括：标号为图1有机玻璃模具和制成的水泥椭球颗粒P42.5的普通硅酸盐水泥、挪威EIKEM公司Fig.1Organicglassmouldandcementball1本课题得到国家自然科学基金委员会、二滩水电开发有限责任公司雅砻江水电开发联合研究基金项目（项目批准号：50639060）；高等学校博士学科点专项科研基金资助课题（项目批准号：20060003040）的资助。-1-http://www.paper.edu.cn按照上述制备程序还分别制备了5组标度相同的4种不同大小的水泥椭球制成。水准立方体水泥试块泥椭球颗粒数之比从小粒径

6、到大粒径依次（70.7mm×70.7mm×70.7mm），分别测定了为18:20:25:29（颗）。所得试样的初始孔隙其抗压强度，具体数值见表1。由于抗压强比e0=0.674。为保证试样的均匀性，分十层度的大小可以反映相应颗粒强度的高低，因撒制试样。装样时，在同一固定高度将一定此本文直接采用上述抗压强度作为水泥球数目的水泥球自由随机撒落到对开膜中，每颗粒强度的指标。两层用击锤击实10下。试验的剪切速率为0.62mm/min。表1人工材料的制备方案Table1Preparationschemesofartificialmaterials2.试验结果方水泥

7、硅粉水减水剂龄期水灰抗压强度2.1应力应变曲线案(kg)(kg)(kg)(g)(d)质量比(MPa)11.7840.2230.34380.3280.2105图2∼图5给出了四组典型的应力应变21.7840.2230.34380.370.2100试验曲线。其中，图2和图3分别为方案131.6420.2060.42127.730.2480和方案5的试验结果；图4和图5分别为围41.6420.2060.42127.710.246051.4200.1780.55310.710.3530压σ3=200kPa和σ3=1200kPa不同颗粒强度模拟堆石料的试验成果。

8、1.2试验方案和过程对上述5种颗粒强度的水泥椭球人工模5.0拟堆石料进行了系列的常规三轴固结排