摘要：研制了堆石料风化试验仪,能够实现干湿循环、冷热循环和应力三因素耦合的试验研究。该设备采用功能模块组合结构设计理念,包括竖向加载系统、水平加载系统、干湿循环控制系统、冷热循环控制系统和数据采集系统。采用了内外兼顾的温控设计思路,不仅可以使试样快速实现温度的变化,且能为试样提供均匀的温度场。利用该设备对典型堆石料进行了干湿循环、温度变化和应力三因素耦合的试验研究。结果表明,该设备能较好的实现干湿、冷热和应力的综合控制,湿冷干热-耦合循环作用对受荷堆石料引起了明显的劣化变形。

摘要：土石坝张拉裂缝一般由坝体的不均匀沉降变形引起,是土石坝破坏的主要诱因和表现形式之一。将基于现场沉降监测资料的传统变形倾度法进行了扩展,通过在有限元计算程序中嵌入变形倾度计算模块,发展了基于有限元变形计算的变形倾度有限元法。该方法简洁实用,方便与常规有限元变形计算相耦合,可作为在工程设计阶段分析和估算土石坝是否会发生表面张拉裂缝的实用方法。应用所发展的变形倾度有限元法,以糯扎渡高心墙堆石坝工程为例,进行了坝体后期变形引起坝体表面发生张拉裂缝的敏感性计算分析,探讨了高土石坝变形倾度的分布规律以及与坝体后期变形的关系,发现对糯扎渡高心墙堆石坝,坝顶后期沉降最大值小于坝高0.39%,可作为防止发生坝顶横向张拉裂缝的控制工况。通过工程实例的计算,说明提出的方法可用于高土石坝的裂缝预测分析。

摘要：基于罚函数法的点对面形式因其具有显著的简便性而在工程领域内应用广泛。针对罚因子可能引起矩阵病态的缺陷,采用局部坐标系下的相对位移作为与接触相关的广义自由度,大幅提高了罚因子的取值上限,且无需使用专门的矩阵预处理子即可用于求解大规模接触问题。针对点对面存在投影奇异性及结果振荡的风险,发展采用径向基点插值法的三维曲面光滑方法,其优势在于网格适应性极强且不损失曲面精度。将双向链接边表作为三维接触面的数据结构,有效地降低了接触邻接搜索的计算代价。基于以上改进,开发大型非线性接触分析有限元计算程序,数值算例的结果表明,该计算程序具有较强地描述位移不连续现象的能力,能有效求解接触非线性方程,可用于模拟大规模地下工程中的复杂多体接触问题。

摘要：岩土工程中不同材料间的接触面力学性质是热点研究课题之一。为了研究不同接触面本构模型适用性,对室内接触面直剪试验进行有限元数值模拟,并采用刚塑性模型对接触面破坏过程进行了分析。数值模拟结果表明,计算与试验结果基本一致,不同本构模型计算结果相差不大;直剪试验剪切过程中,接触面上应力应变分布不均匀,导致接触面单元渐近破坏,使得接触面应力-相对位移关系呈非线性;刚塑性模型可以合理描述接触面本构关系,其模型参数较少且容易确定,可用于工程计算。

摘要：在分析堆石体三轴试验成果的基础上,探讨了堆石体的体积变形特性,提出了形式简洁的堆石体修正Rowe剪胀方程。将所建立的修正Rowe剪胀方程引入到沈珠江院士提出的"南水模型",克服了该模型由于采用体变–轴向应变抛物线假设所带来的一些缺陷。应用堆石体常规三轴试验和典型复杂应力路径三轴试验成果对修正后模型的合理性进行了验证。

摘要：堆石料流变变形是高土石坝工程长期变形的重要来源之一,过大的长期变形可导致发生坝体裂缝和面板挤压破损等问题。目前常用的流变模型主要是根据单级加载流变试验成果建立的,未考虑多级加载情况下堆石料加载变形和流变变形之间的相互影响。研制了三轴仪油压伺服轴向应力稳压器,实现了应变控制进行应力加载和应力控制进行稳压流变的联合控制模式,据此提出了一种进行多级应力加载和流变的三轴试验方法,可有效避免流变的起算时间问题。采用糯扎渡弱风化花岗岩堆石料,进行了系列的多级加载三轴流变试验。根据试验结果,探讨了多级加载条件下堆石料应力应变曲线的分段特性,发现堆石料流变变形会引起堆石料的塑性硬化,可使得堆石料在后续应力加载的一定范围内处于弹性再加载状态。基于弹塑性理论,探讨了堆石料流变硬化特性的作用机理,表明堆石料流变的硬化特性具有普遍性,是流变的一项固有属性。

摘要：降雨会在土石坝体中导致非饱和入渗过程,并可发生显著的湿化变形,从而对坝体的应力变形性状产生重要的影响。该文采用模拟降雨入渗的方法控制堆石体的湿化饱和度,进行了侧限压缩条件下的非饱和湿化试验,研究和分析了堆石体的非饱和入渗过程和不同饱和度情况下的湿化变形特性。试验分析结果表明,只有小孔隙吸附水才是有效湿化含水量,堆石体的湿化变形主要发生在小含水量湿化阶段,而大孔隙自由水为无效含水量,对堆石料湿化变形的影响不大;对所研究的糯扎渡弱风化花岗岩堆石料,其有效湿化饱和度小于25.5%。

摘要：利用新研制的大型堆石料风化试验仪,对一典型泥质粉砂岩堆石料进行了荷载作用下干湿和温度耦合变化的风化试验。研究了在湿冷–干热耦合循环作用下堆石料颗粒的劣化机理,分析了劣化过程所产生的堆石料变形的规律。试验结果表明:湿冷–干热循环可使堆石料试样发生显著的劣化变形,堆石料在自然环境中的劣化变形应是高堆石坝后期变形的重要组成部分。根据试验结果,建立了可以描述堆石料劣化变形的4参数模型,可采用初应变法进行有限元计算。

摘要：目前对堆石体应力-应变关系特性的研究主要建立在常规三轴试验的基础上,对复杂应力路径上堆石体本构模型的验证工作尚不充分。利用糯扎渡高心墙堆石坝主堆石料复杂应力路径大型三轴试验成果,对国内常用的堆石体本构模型——邓肯-张EB模型、清华非线性解耦KG模型和沈珠江双屈服面模型进行了比较和验证。结果表明,邓肯-张EB模型通常会夸大堆石体的体积压缩变形,其加卸载准则无法正确判别一些复杂应力路径的加卸载状况,清华KG模型和沈珠江双屈服面模型对堆石体复杂应力路径的适应性相对较好。

摘要：湿化变形是土石坝的主要后期变形之一,对坝体的应力变形性状具有显著影响。采用糯扎渡高心墙堆石坝的弱风化花岗岩堆石料进行了常规三轴试验、不同围压和应力水平条件下的流变-湿化组合试验和快速湿化三轴试验等,分析了流变-湿化组合试验各阶段的变形特征,重点研究了堆石料湿化变形的过程、特性及发生机制。结果表明,可将堆石料湿化变形划分为湿化瞬时变形和湿态流变变形两个部分。其中,湿化瞬时变形是堆石料随浸水饱和过程发生的变形,其应变增量的方向平行于相应应力状态下应力加载应变增量的方向,且具有非硬化特性;湿态流变变形是堆石料试样在饱和浸水完成后发生的随时间的变形,和一般堆石料的流变变形具有相类似的特性。湿化变形是堆石料浸水后所导致的物态弱化变形。可将堆石料湿化看作一种广义的荷载。