粗粒料变形特性缩尺效应的数值试验研究

发布时间：2017-08-09 18:03

  本文关键词：粗粒料变形特性缩尺效应的数值试验研究

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【摘要】：土石坝作为重要的水工建筑物,其安全问题一直受到人们关注。而粗粒料作为主要筑坝材料,力学特性直接关系着坝体变形与稳定。随着土石坝坝高增加及筑坝技术的发展,筑坝用粗粒料的最大粒径已经接近1m。目前,一般试验条件(试样直径30cm)下,无法对原级配粗粒料进行试验,不得不对原级配料进行缩尺,采用缩尺后的替代料进行试验。一些研究成果及监测资料都表明,缩尺前后粗粒料的力学特性有较大差异,缩尺后粗粒料的力学特性并不能完全反应原级配粗粒料的力学性质。针对粗粒料尺寸效应的研究方向比较多,“根据缩尺后粗粒料试验结果合理确定原级配筑坝粗粒料力学参数的方法”目前尚无明确的结论。本文结合国家科技支撑计划项目(十二五计划)“重大水电开发工程关键技术与生态环境保护研究及集成示范”,采用离散元数值试验的方法,分析了缩尺前后粗粒料的强度及变形特性的内在联系,探索了根据缩尺后粗粒料室内试验结果确定原级配粗粒料力学参数的方法,主要的工作内容有：结合某水利工程宽级配砂砾石类粗粒料试验条件,借鉴常规大型三轴压缩试样尺寸,基于颗粒流的方法,建立了双轴剪切数值试验模型。对数值试验模型中参数的计算方法及伺服函数进行了优化。分析了线性接触模型中颗粒接触刚度和颗粒摩擦系数等微观参数对初始弹性模量、初始体积模量以及峰值强度的影响规律。建议了针对大尺寸试样、宽级配条件的数值试验的颗粒刚度比及颗粒摩擦系数的取值范围。为后续缩尺效应研究中参数的选取提供了参考。为分析缩尺前后粗粒料力学性质的差异,采用4种缩尺方法,以5种缩尺后最大粒径作为控制条件,对某土石坝工程上坝料的原级配线进行缩尺。对原级配料及缩尺后的级配料分别进行了双轴剪切数值试验。研究了粗粒料强度及变形参数随着缩尺前后最大粒径比值Rd的变化规律,建立了初始弹性模量Ei及初始体积模量Bi随缩尺比Rd变化的幂函数关系式。分析了缩尺比Rd对邓肯EB模型参数K和Kb值的影响规律,建议了一个根据缩尺后粗粒料的三轴剪切试验结果推算原级配粗粒料邓肯EB模型变形参数的方法。
【关键词】：粗粒料 数值试验 缩尺效应 变形特性 微观参数
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外粗粒料缩尺效应研究现状11-14
• 1.2.1 粗粒料缩尺效应室内试验研究12-13
• 1.2.2 粗粒料缩尺效应数值试验研究13-14
• 1.2.3 粗粒料缩尺效应研究中存在的问题14
• 1.3 本文的主要研究工作14-16
• 第2章 颗粒流基本理论及数值试验平台16-27
• 2.1 颗粒流方法的基本假设和特点16-17
• 2.2 颗粒流基本理论17-22
• 2.2.1 力-位移关系法则17-19
• 2.2.2 运动法则19
• 2.2.3 边界和初始条件19-20
• 2.2.4 接触本构模型20-22
• 2.3 数值试验模型的构建及试验环境22-27
• 2.3.1 数值试验模型的构建23-24
• 2.3.2 数值试验环境24-25
• 2.3.3 数值试验伺服加载机制25-26
• 2.3.4 宏观特征变量的计算方法26-27
• 第3章 微观参数对粗粒料宏观特性的敏感性分析27-44
• 3.1 微观和宏观参数的联系27-28
• 3.2 计算模型的建立28-29
• 3.3 数值试验方案29-31
• 3.4 微观参数变化对宏观特性的影响分析31-44
• 3.4.1 数值试验方案模型的生成及计算结果31-33
• 3.4.2 颗粒接触刚度对宏观特性的影响分析33-38
• 3.4.3 颗粒摩擦系数对宏观特性的影响分析38-44
• 第4章 缩尺效应对粗粒料变形特性的影响研究44-62
• 4.1 引言44
• 4.2 数值试验方案及级配选取44-48
• 4.2.1 试验材料级配及缩尺44-47
• 4.2.2 试验方案47-48
• 4.3 数值试样的生成48-49
• 4.4 数值试验结果及力学参数的整理49-56
• 4.4.1 试验结果49-53
• 4.4.2 变形及强度参数的整理53-56
• 4.5 粗粒料变形特性缩尺前后的关系研究56-62
• 4.5.1 缩尺前后的变形参数的关系56-57
• 4.5.2 推求变形参数方法的数值试验验证57-58
• 4.5.3 推求变形参数方法的实际工程试验资料验证58-62
• 第5章 总结与展望62-64
• 5.1 主要结论62
• 5.2 后续工作的展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69

【参考文献】

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本文编号：646569