真三轴条件下堆石料的静动力特性

本课题拟采用大型岩土静动真三轴试验机对堆石料进行复杂应力条件下的真三轴试验，研究堆石料静动力条件下的应力变形特性和强度特性，动力条件下的残余变形特性和孔压发展规律，以及颗粒破碎和各向异性等因素对堆石料力学特性的影响；在此基础上建立实用的、静动力统一的堆石料本构模型，并开发数值计算软件，对实际高土石坝的静动力响应进行数值模拟，验证本构模型和数值方法的有效性和实用性。本项目的主要创新点包括：用大型静动真三轴试验机研究堆石料的静动力学特性；揭示堆石料真三轴条件下的变形和强度机理；建立堆石料静动统一的本构模型。本项目是在高土石坝工程实践中凝练出的课题，创新点明确，研究成果对于揭示复杂应力条件下堆石料的静动力变形强度机理、优化设计方案以及合理评价高土石坝的安全性具有指导作用，因而本研究既具有较大的理论意义又具有广阔的应用前景。

堆石料被广泛应用于现代化的土石坝。目前研究堆石料的静动力特性基本上采用常规三轴试验，而高土石坝中的堆石料均处于真三轴应力状态。研究堆石料在真三轴条件下的静动力特性具有重要的理论意义和实用价值。.本项目的目标是研究堆石料在复杂应力条件下特别是真三轴条件下的静动力特性，建立相应的本构模型并开发实用的模拟方法，为高土石坝的安全评价提供参考依据。通过四年的研究工作，取得了如下主要成果。.（1）对糯扎渡高心墙堆石坝粗堆石料的邓肯-张EB模型参数进行反演计算。分析表明，目前根据常规三轴试验得到的本构模型和参数在实用上有很大的缺陷，应采用真三轴试验设备研究堆石料真实条件下的特性。.（2）改进了大型岩土静动真三轴试验设备，开发了堆石料真三轴静动力试验方法。.（3）对多种堆石料进行了系列化的复杂应力路径试验、静动力真三轴试验，研究了堆石料的力学特性，以及颗粒破碎和各向异性等因素对堆石料静力力学特性的影响。.（4）根据试验结果，分析了复杂静动力条件下的变形强度机理以及与孔压的内在联系，引入临界状态理论和状态参数对剪胀方程、塑性模量等，建立实用的、静动力统一的堆石料本构模型。.（5）开发了有限元快速求解算法，发展了流固耦合弹塑性动力分析有限元程序，可进行复杂条件下土工结构物的地震动力响应分析。计算了典型高心墙堆石坝强震复杂条件下的动力响应，验证了成果的实用性和有效性。.整体上达到了预期研究目标，研究成果应用到三个典型的重大工程。