高堆石坝砂砾石料的细观参数反演及三轴试验模拟

作     者：崔熙灿 张凌凯 王建祥 Cui Xican;Zhang Lingkai;Wang Jianxiang

作者机构：新疆农业大学水利与土木工程学院乌鲁木齐830052 新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室乌鲁木齐830052 贵州民族大学建筑工程学院贵阳550025 

基　　金：国家自然科学基金青年科学基金项目(52109136) 新疆维吾尔自治区高校科研计划项目(XJEDU2019Y020) 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室开放基金项目(IWHR-SKL-KF201908) 新疆维吾尔自治区研究生科研创新项目 中国博士后科学基金(2017M613302XB) 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2022年第38卷第4期

页      码：113-122,F0003页

摘      要：高堆石坝因坝体的变形过大以及不均匀性沉降导致面板易发生破坏,需进行筑坝材料的细观试验探究。以新疆阿尔塔什高堆石坝工程为研究对象,基于正交试验设计原理分析砂砾石料细观参数敏感性并对大型固结排水剪切三轴试验进行参数标定,对不同颗粒形状、含石率、级配的砂砾石料进行离散元三轴数值模拟。研究结果表明:1)块石试样的峰值应力突出,剪胀程度不显著但结构更稳定;球体试样强度小,尤在高含石率(65%)下破坏面宽度可达275 mm,基本贯穿整个试样,破坏具有随机性,力链分布密集但强度小,最大力链强度较块石试样可减小14.70k N;增加砂砾石料的不规则度可提高抗剪强度。2)低含石率下球体状试样无明显峰值,出现硬化且变形以剪缩为主;高含石率块石状试样下出现明显峰值,出现软化且剪胀突出;随含石率增加,剪切带由非对称“X”型向“工”型转变,最大力链强度提高但数量少,粘结破坏点显现延迟,其数量由10000(含石率0)降为6800(含石率65%)个;增加含石率能使砂砾石料抵抗变形的能力得到提升。3)级配良好的试样曲线出现硬化现象,剪缩剪胀程度小,级配不连续的试样峰值突出,易发生剪胀变形;随颗粒粒径增加,不连续级配始出“工”型剪切破坏面,剪切带宽度由29.88mm增加为66.18 mm,粘结破坏点提前显现,其数量由8500骤增为13600个,颗粒间孔隙率大应力集中现象显著易发生破坏。综上选取筑坝料时在条件允许范围内尽量保证形状不规则度和含石率高且级配良好的材料配比。以上方法不仅可研究试样的宏观变形,还可从内部研究颗粒间发生变形破坏的物理机制,为新疆阿尔塔什水利枢纽工程的稳定性评价提供一定理论支撑。

主 题 词：参数 离散元法 三轴试验 正交试验 细观结构 砂砾石料 

学科分类：08[工学] 080104[080104] 0815[工学-矿业类] 0801[工学-力学类] 

核心收录：

D　O　I：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.04.014

馆 藏 号：203111123...