胶凝砂砾石本构模型适应性研究试验.pdf

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1、第37卷第3期人民黄河Vo1．37．No．32015年3月YELL0WRIVERMar．，2015【工程建设管理】胶凝砂砾石本构模型适应性研究试验孙明权，吴平安，杨世锋，柴启辉(华北水利水电大学，河南郑州450045)摘要：胶凝砂砾石材料单轴和三轴试验结果表明，胶凝砂砾石材料应力应变关系具有明显的非线性特征。通过三轴试验，得出应力应变关系曲线，针对邓肯一张模型对胶凝砂砾石的适用性进行了分析研究。基于虚加刚性弹簧法，计算分析数据验证了邓肯一张模型求解弹性模量的合理性，对邓肯一张模型不能准确描述体变特性与泊松比参数问题，提

2、出了改进模型。关键词：胶凝砂砾石；邓肯一张模型；弹性模量；泊松比中图分类号：TV43文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1000．1379．2015．03．033胶凝砂砾石是利用天然或经简单加工的砂卵石、关系直线的截距和斜率；rt为无因次基数(试验参数)。开挖废弃料或其他坝址附近容易获取的岩石类材料，(3)破坏比。在工程实践中，必须严格控制各部加入一定量的水和胶凝材料，通过简易设备搅拌拌和，位土体的应变，定义破坏强度(or一，)与极限强度并经振动或碾压而形成的具有一定强度的工程材料。之比值为破坏比，用R

3、，表示，关系式为其材料性质介于碾压混凝土与土石料之间。胶凝砂砾(4)石坝较为经济且对筑坝材料、施工工艺及坝基要求低，可充分利用施工过程中产生的弃料，减少对周围环境R值小于1．0，范围一般为0．75—0．95。的影响，因此胶凝砂砾石坝越来越受到关注。目前，这(4)摩尔一库仑准则。根据摩尔一库仑准则，抗方面的研究才刚刚起步，通过三轴试验研究胶凝砂砾剪强度可以表示为石力学特性的资料非常少，材料本构模型的建立还处(=(5)于探索阶段。式中：c、分别为土体的黏聚力和内摩擦角。1邓肯一张模型简介(5)切线变形模量。公式为(1)双曲

4、线应力应变关系。Duncan等在研究土石一料的应力应变关系中，利用了他和Kondner共同发表的黏土和砂土常规三轴试验应力一应变关系的双(6)曲线规律，见式(1)：可见，切线变形模量公式中包含5个常数，即K、n、、c、Rf。一s=(1)(6)切线泊松比。公式为式中：口为初始切线模量Ei的倒数；6为主应力差渐近值(一)的倒数；8为轴向应变。G—Fig(鲁)将n、b值代人式(1)得，D(1一3)·一，—}(2)一Ei。(1一3)lI(2)初始模量。简布通过试验研究在1963年指式(7)中引入了G、F、D三个参数，加上切线变

5、形模量出，初始切线模量与侧限压力为指数函数关系：收稿日期：2014—08-24Ei=()(3)基金项目：水利部公益性行业科研专项(201301025)。作者简介：孙明权(1955一)，男，河北涿鹿人，教授，主要从事式中：Pa为大气压力；、凡分别代表lgEi)与l水工结构、坝工建设方面的研究工作。g(薏)E—mail：sunmingquan@ncwu．edu．Gn．126．人民黄河2015年第3期的5个参数，共8个参数。法解决峰值后材料的软化问题，胶凝砂砾石材料的本构模型就可以用双曲线模型来描述。本文采用虚加刚2胶凝砂砾

6、石固结排水试验性弹簧法来处理应变软化问题。2．1试验简介通过增量法计算出图1所示的应力应变曲线的最本次试验采用GCTSSTX一600大型三轴试验机大负弹性模量，再采用虚加刚性弹簧法，在图1所示的应力应变曲线上叠加一条曲线(其曲线弹性模量等于进行，该仪器最大轴向荷载输出为300kN，最大围压2倍的最大负弹模)，得到如图2所示的新的应力应变为1MPa。试验参照《土工试验规程》(sL237—曲线。1999)、《水工混凝土试验规程》(SL352-2006)，采用应变控制，轴向应变达到10％或试样破坏时停止3024试验。差181

7、2试样为150mm(直径)×300mm(高)的圆柱体，—6饱和试样采用龄期28d的试样进行浸泡饱和，然后在三轴试验机上进行反压饱和。制备好的试样装入图2虚加弹簧后应力应变曲线从图2可以看出，偏应力(一)随着应变的增STX一600型三轴压缩仪压力室内，用橡皮膜包裹。对大而增大，曲线峰值及应变软化阶段都不存在，曲线可试样施加一定的围压or(分别为200、400、600kPa)，近似视为双曲线，且在应变大于6％以后，呈现一组基设定0．2％／min的轴向荷载剪切速率，记录应力、应变本平行的、接近于直线的曲线组。数据。再以／(一

8、Of．，)为纵坐标、以占为横坐标，构成2．2试验结果分析新的坐标系，用双曲线来拟合各级围压下虚加弹簧后选择具有代表性的一组试验数据进行分析，应力的应力应变曲线，如图3所示。应变曲线见图1。可以看出，胶凝砂砾石材料的应力21000应变曲线大致可分为3个阶段：在轴向应变占较小l8000l5000时，随着(一or，)的增大而增大，两者呈