等应力循环荷载下土石混合体动强度衰减试验及数值模拟

As a special geological material, mechanical property of RSA (Rock and Soil Associate) is different from rock or soil. It has non-homogeneous materials、non-uniform stone distribution、non-continuous cementation between rock and soil、size effect structual characteristics. Accumulative slope composed of RSA in the Three Gorges Reservoir are widely distributed, Meanwile，China is a frequent earthquake area， but its mechanical properties under earthquake cyclic loading conditions are not especially clear. According to the RSA sample collected at typical accumulative slope, and utilizing the dynamic triaxial testing machine agingst unsaturated soil with double pressure chamber, using equal stress and equal displacement boundary loading conditions, we will carry out dynamic triaxial testing about RSA by changing its stone content and size under different frequency and stress amplitude, and study the relation between the attenuation characteristics of mechanical parameters and its internal structure features, And explore the mechanical response mechanisms and failure mechanism to develop a set of indoor experimental test method about non-homogeneous、non-uniform materials；meanwile，Using triaxiality multi-scale discontinuous model computing technology, simulating the deformation crack initiation、expansion and perforation of RSA under cyclic loading, and analyzing the characteristic of strength degradation and failure mechanism. All of these will provide theoretical guidance for stability calculation of RSA slope under cyclic loading conditions.

土石混合体作为一种特殊地质材料，其力学性能不同于岩体或土体。它具有材料非均质、块石分布非均匀、土石胶结非连续和尺寸效应等结构特征。由土石混合体构成的堆积层边坡在三峡库区分布及其广泛，同时，我国又是一个地震频发区，但土石混合体在地震循环荷载条件下的力学性能不是特别清楚。本项目拟在典型堆积层边坡采样，利用刚、柔性动态加载非饱和土双压力室三轴实验机，采用等应力、等位移加载边界条件,在不同频率、幅值条件下，变换含石率和石块尺寸，开展土石混合体在循环荷载条件下的三轴压缩实验，研究土石混合体力学参数衰减特性与其内部结构特征的关系，探求其力学响应机制及破坏机理，并发展一套非均匀非连续介质材料力学性能室内实验测试方法；同时，利用三维多尺度非连续模型计算技术，模拟土石混合体在地震循环载荷作用下裂纹萌生、扩展、贯通全过程，研究其强度衰减特性及破坏机理，为地震循环荷载作用下土石混合体滑坡稳定性计算提供理论支撑。

土石混合体作为一种特殊地质材料，其力学性能不同于岩体或土体。它具有材料非均质、块石分布非均匀、土石胶结非连续和尺寸效应等结构特征。由土石混合体构成的堆积层边坡在三峡库区分布及其广泛，同时，我国又是一个地震频发区，但土石混合体在地震循环荷载条件下的力学性能不是特别清楚。本项目主要研究内容分为以下四部分：（1）土石混合体的地质模型概化和试验方案设计；（2）等应力、等位移两种边界加载条件下，开展土石混合体循环加载三轴压缩试验研究；（3）等应力、等位移两种边界加载条件下，土石混合体循坏强度特性差异化分析研究；（4）循环荷载条件下土石混合体强度特性和破坏机理研究。重要结果如下：（1）等应力边界加载条件下，以体积含石量30%为例，获得的土石混合体峰值强度比同等条件下等位移加载边界获得的土石混合体峰值强度低约10%；（2）峰值应力随动应力幅值和含石量的增大而增大，但当含石量高于50%之后，对峰值应力的提升影响不再明显，甚至会出现峰值应力随含石量升高而降低的情况，即含石量过大影响了土石混合体的结构特性；（3）弹性模量随动应力幅值和频率的增大而减小，从而导致变形逐渐增大，达到最后的失稳破坏。关键数据：以体积含石量30%为例，获得等应力边界条件下c=85kpa，φ=20°，等位移边界条件下c=105kpa，φ=25°。等应力边界加载条件下获得的土石混合体强度参数比同等条件下等位移加载边界获得的土石混合体峰值强度低约10%。科学意义：首先，非均匀非连续介质材料的真实受力边界条件是等应力边界，石块和土体刚度差异过大会产生不均匀的变形，在等应力边界条件下，土石混合体的非均匀非连续特性会充分体现；其次，等应力边界加载条件下，土石混合体在循环荷载下的动强度参数偏小，采用该参数进行工程设计，偏于保守。