考虑级配影响的堆石料强度与变形特性.pdf

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1、第4期水利水运工程学报No．42叭6年8月HⅥ佩C'_Sa衄、iCEAND日％町咂E】R州GAug．2016DOI：10．16198／i．cnkil009—640X．2016．04．005李小梅，关云飞，凌华，等．考虑级配影响的堆仃料强度与变形特性[J]．水利水运工程学报，2叭6(4)：32—39．(LIxiao-mei，GUANYun—fei，LINGHua，eta1．Experimentalstudiesonstrengthanddefo瑚ationbehaviorsofrockfillmaterialsconsideringparticlegradationjJ]．Hyd

2、m—ScienceandEngineering，2016(4)：32—39．)考虑级配影响的堆石料强度与变形特性李小梅1”，关云飞2，凌华2，武颖利2(1．同济大学地下建筑与工程系，上海200092；2．南京水利科学研究院，江苏南京210029)摘要：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

3、，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。关键词：堆石料；级配；密度；强度；变形中图分类号：TU521．2文献标志码：A文章编号：1009—640x(2016)04—0032—08堆石料作为一种工程建筑材料，广泛应用于土木、水利、交通等工程中，如土石坝、防波堤、复合地基中的碎石桩、铁路路基等，其受力变形特性在很大程度上决定了建(构)筑物的工作性态。早在1

4、980年’J．A．charles等¨1研究了围压对堆石料抗剪强度的影响，得出摩尔破坏包线呈非线性，在低围压下非线性尤为显著。堆石料的变形特性不仅取决于当前所处的应力状态，而且与其本身的密度有关。国内外学者利用大型三轴仪对堆石料的强度与变形特性开展了相关研究，并取得了一些有意义的研究成果。刘萌成等心‘31总结了静力条件下两种堆石料饱和试样的变形与强度特性变化规律，指出其应力一应变、侧向应变与轴向应变符合指数关系，抗剪强度包络线在q—p’平面上符合幂函数关系。A．Varadarajan等。4o通过高围压作用下的大型三轴压缩试验研究了圆形及角砾状两种堆石料的变形特性，发现颗粒尺寸对颗

5、粒形状不同的堆石料的作用效应截然相反。张嘎等。51研究了粗颗粒土的应力变形特性，得出粗颗粒土的剪应力一应变关系无明显应变软化，但其体变规律较为复杂，不仅随着剪应力发挥水平的发展表现出明显的从体缩到体胀的特性，而且随着法向应力增大，其体胀趋势逐渐减弱，体缩趋势不断增强。另外，当剪应力随轴向应变增加而趋于稳定时，体变仍在不断发展。田堪良等‘6o通过大型三轴剪切试验对一种人工爆破堆石料开展了相关研究，揭示了其强度及应力一应变的变化规律，堆石料的强度包络线呈非线性，应力一应变曲线多呈现软化型或弱硬化型。蔡正银"J、丁树云坤。等通过大型三轴试验研究了不同相对密度条件下堆石料的强度与变形特

6、性，一致认为堆石料在剪切过程中具有明显的应变软化和剪胀特性，其应变软化和剪胀与否取决于土样本身的密度与应力状态：密度越大，围压越低，其应变软化和剪胀性就越明显。M．Kikumoto等19o通过研究也得出粒状料的强度依赖于其密度和所处的应力水平。xiao等¨0。11o通过大型i轴压缩试验研究了密度、围压、颗粒破碎收稿日期：2015—07—24基金项目：国家自然科学基金资助项目(51179105)作者简介：李小梅(1986一)，女，河南新乡人，博士研究生，主要从事土的基本特性研究。E—mail：changping．mei@163．com第4期李小梅，等：考虑级配影响的堆石料强度与变

7、形特性33对塔城水库堆石料强度与变形特性的影响，得出峰值摩擦角随着围压或初始孔隙比增大而减小，随着相对颗粒破碎指标的增加，峰值内摩擦角降低，体应变增大。雷国辉等¨21从细观的角度分析了颗粒排列方式、形状、大小、级配及应力水平对无黏性土剪胀变形特性的影响并建立了细观剪胀模型。堆石料的强度及变形特性与矿物成分、级配、颗粒大小、形状、应力条件等因素有关，目前对堆石料强度与变形特性的研究局限于某一个或几个影响因素，系统研究成果较少。本文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