粗颗粒土"尺寸效应"及基于"尺寸效应"的大尺寸粗颗粒体参数取值方法研究

我国西南山区存在各种成因(崩滑流堆积体、冰水堆积、坡残积、河流冲积、人工弃渣与填筑体(如大坝、机场、路基等)等)的粗颗粒土，由于颗粒粒径较大，其参数取值和稳定性评价一直是一个没有得到解决的问题。较大颗粒组成的堆积体的力学参数与较小颗粒组成的堆积体的力学参数有较大的差别，这就是粗颗粒体的"尺寸效应"。"尺寸效应"为我们更准确的获取大尺寸粗颗粒土的力学参数提供了一个新的途径。此项研究将基于申请者以前的研究成果- - 粗颗粒材料"尺寸效应方程"，首先通过大量的力学试验揭示粗颗粒材料"尺寸效应"产生的微观机理，并且通过统计分析给出"尺寸效应"明显程度的判据；然后通过对三种不同材料粗颗粒堆积体在不同应力条件下的大型三轴试验得出"尺寸效应"对堆石体力学性能的影响。利用试验结果来修正已经提出的"尺寸效应方程"，并且基于"尺寸效应方程"形成一套大尺寸粗颗粒体力学物理参数取值方法和稳定性评价方法。

粗颗粒土非常广泛的分布在我国的西南山区，包括崩滑流堆积体、冰水堆积、坡残积、河流冲积、人工弃渣与填筑体等。这类材料由于其颗粒粒径较大，其参数取值一直是一个科学和工程领域的难题。本研究基于对粗颗粒土“尺寸效应”的研究，提出了一套大型粗颗粒堆积体参数取值方法。本研究首先从粗颗粒土产生“尺寸效应”的微观机理入手，通过试验的手段得出：不同颗尺寸颗粒破碎程度的差异是导致粗颗粒土“尺寸效应”的直接原因。基于这个研究成果继续对颗粒破碎进行深入研究，将颗粒破碎与粗颗粒土的临界状态线联系起来，提出了“颗粒破碎”方程和相应的本构理论。通过单个颗粒的破碎试验和粗颗粒体的大型三轴试验，将单个颗粒的“尺寸效应”和粗颗粒堆积体的“尺寸效应”联系起来，得出“尺寸效应”明显程度的判别指标——韦伯模量（Weibull modulus）。此指标是利用“尺寸效应”对粗颗粒进行参数取值的关键。利用不同尺寸的三轴仪对相似级配的两种西南地区典型的粗颗粒堆积体材料进行试验，对尺寸效应方程进行验证。同时提出了大型粗颗粒体参数取值方法。