格栅蠕变时砂卵石填料长期工作机理研究

According to the site observation and analysis of the upright reinforced structure, which the wall height is over 20 meter and the backfill material is sandy gravel, the stripe flexible geometric construction of the grids will cause special impact on sandy gravel confining pressure, and the creep of grids can lead to the gradation and arrangement of insert material to change easily. Under the coupling affect of above two factors, the deformation and intensity character of backfill seems very special, which is the very critical reason that effects mechanical characters of such kind of huge reinforced structures. Under the condition of combined effect, to figure out the deformation and intensity character of loose soil, which is coarse-grained , wide graduation and cohesionless, in this project, on the basis of taking and observing test samples on the site, model tests and consolidate tests, on one hand, it mainly probed into the sandy gravel's mechanical affection and experience expression patterns, on the other hand, it built a creep model of sandy gravel, which considering grids creep and the interaction with sandy gravel, besides, it developed the methods of confirming and demarcating constitutive parameters. Compared with the actual structure, it examined the rationality of the constitutive model and computation model, then it proposed measures to make sure that the grids creep and the coactions with loose soil which is coarse-grained , wide graduation and cohesionless, will be advantageous to the structure of hydraulic engineering, and provide technique support for the development of water discipline in the new period.

在格栅与砂卵石复合而成的多相加筋结构中，格栅网格型柔软状构造影响砂卵石填料的围压；格栅蠕变及其效应使砂卵石填料基于能量自适应的变形和强度特性明显。而目前加筋理论不能完全揭示格栅-砂卵石复合材料在这两种因素耦合作用下的长期工作性能。基于此，本项目在现场取样与观测、室内模型试验和土工试验的基础上，一方面着重探讨该效应下砂卵石填料的力学效应及其经验表达模式，另一方面建立考虑格栅蠕变及其与砂卵石相互作用效应的砂卵石蠕变模型，并发展本构参数的实用试验确定与标定方法；针对所建立的本构模型发展数值分析方法，通过与实测结构的对比论证来检验所建立的本构模型和计算模型的合理性。在此基础上，合理科学地评估这类结构的工作特性与安全性能，为水利学科和社会发展提供技术支持。

格栅是一种具有一定蠕变特性的高分子聚合物，砂卵石填料是一种无粘性的松散颗粒介质，两者融合一体后可以形成30-40m的高大挡土结构物，重庆渝中区长江滨江路等水利工程实践证明这种高大结构能够在非常复杂的工程条件下工作。但是目前对对格栅作用下砂卵石颗粒细观工作机理及其对砂卵石宏观性能的影响还不清楚，有关格栅蠕变变形与填料自适应变化下混合体的力学特性是颗粒介质力学研究复杂问题之一，是少有参考资料的前沿课题。.本项目的研究内容是：首先开展格栅蠕变条件下砂卵石填料颗粒的细观-宏观工作特性的试验测试技术研究，开发可观察颗粒细观力学特性的试验方法，并通过大量的试验分析和理论研究，探讨砂卵石填料颗粒的细宏观工作机理。随后，一方面探讨在格栅蠕变作用下砂卵石填料的细宏观工作机理，另一方面建立考虑格栅效应的砂卵石颗粒流数值模拟。最终分析格栅蠕变及其与砂卵石相互作用特性，探讨这些特性对于水利工程结构与地基工作性能的影响。.项目研究开发了基于数值散斑技术的图形图像处理程序，自制一套测试格栅蠕变时砂卵石填料颗粒细观组构机理及其宏观演变过程的试验系统。利用该系统对均匀砂、中继配和宽继配砂卵石颗粒三种典型砂卵石颗粒进行剪切试验，验证了系统测试的可靠性。同时发现了砂卵石颗粒在剪切面之间滚动的细观组构模式，试验还发现颗粒继配越宽，单个旋转滚动的面积越大，颗粒和颗粒之间的运动越复杂，宏观表现为结构的剪切荷载更大。.随后通过对格栅蠕变时原状砂卵石填料细观-宏观长期工作特性的室内模型试验研究，得到了在格栅蠕变或荷载作用下砂卵石颗粒由原来的混乱团块转动转变为沿格栅方向的统一转动；通过与颗粒形状对比发现，一般粗颗粒有向下的运动趋势，而细颗粒由向上的运动趋势，这种分布规律在格栅上下界面尤为明显，距离格栅越远越不明显。随后据此提出了格栅蠕变的修正模型，研究了颗粒不均匀对格栅蠕变特性的影响。并提出了格栅和砂卵石颗粒之间的剪力滞效应及计算方法，优化了考虑这些效应的结构土压力计算方法。.最后项目开展了碎石和砂填料加筋墙长期工作特性试验，得到了单个碎石颗粒的力学特性，通过统计分析研究碎石颗粒团的应变-应力分布规律，探讨了颗粒荷载传递模式。并在此基础上开展了颗粒流数值模拟分析，通过采用项目研究提出的格栅本构模型和填料参数，探讨了数值方法的可行性，并得到了一些有益的结论。