含水量循环变化下堆积体力学特性及损伤弱化模型研究

堆积体边坡在我国有着广泛的分布，尤其是库区巨型、大型松散堆积体边坡的变形及稳定性更是水电工程建设中极为关注的问题，已成为我国水电开发中的重大环境地质问题之一，具有重要的实际意义。针对堆积体边坡物质组成和结构的复杂多变性，首先采用原位直剪试验对堆积体在含水量循环变化下的力学特性进行较为深入、系统地研究，探索不同含石量和含水量循环变化对其抗剪强度的影响规律；其次，应用损伤理论分析含水量循环变化对堆积体的累积损伤效应，建立堆积体抗剪强度指标的损伤模型；最后，利用FLAC3D程序中Fish语言进行特定功能开发，对建立的模型进行数值试验验证。本项目旨在对含水量循环变化下堆积体力学特性及损伤弱化模型进行较为深入地探索研究，以期更真实地反映库水周期性作用下堆积体边坡的变形破坏规律，为相关工程设计提供理论依据。

由土石混合介质组成的堆积体边坡在我国有着广泛的分布，尤其是库区巨型、大型松散堆积体边坡的变形及稳定性更是水电工程建设中极为关注的问题。本项目在总结分析了堆积体边坡主要类型和失稳模式的基础上，针对该类边坡物质组成和结构的复杂多变性，首先，选取我国西南地区某一二元结构堆积体边坡进行原位直剪试验，初步分析了含石量、含水量等因素对堆积体剪应力-位移关系曲线和抗剪强度的影响规律。其次，选择三峡库区典型堆积体边坡进行现场调查和取样，通过堆积体室内大型直剪试验和滑带土直剪试验,系统地分析了含石量、含水量、干-湿循环变化对堆积体和滑带土的剪应力-位移曲线和抗剪强度的影响规律。“含石量”对土石混合介质堆积体的强度和变形特性具有控制作用，随着含石量的变化，堆积体剪应力-位移关系曲线大致可分为三种类型：整体稳定型（或理想弹塑性）、应变硬化型、应变软化型；随着含石量的增加，黏聚力呈现出先增大后减小的趋势，即存在一个临界含石量约为60%，黏聚力-含石量变化曲线为二次多项式形式；内摩擦角与含石量关系一直呈现增大趋势，其变化曲线近似为指数形式。含水量和干-湿循环变化对堆积体剪应力-位移关系曲线具有转型效应，即随着含水量和干-湿循环次数的增加，堆积体剪应力—位移关系曲线均由应变硬化型向理想弹塑性转化，而黏聚力和内摩擦角均是非线性减小的，其中黏聚力与含水量变化关系趋近于指数形式，内摩擦角与含水量变化关系趋近于二次多项式；黏聚力与干-湿循环次数的变化关系是二次多项形式，内摩擦角与干-湿循环次数的变化关系趋近指数形式。. 在试验研究的基础上，应用损伤力学的观点，定义了不同含水量及干-湿循环条件下黏聚力和内摩擦角的水致损伤弱化度，以定量评价水对堆积体抗剪强度的水致损伤弱化效应，随着含水量和干-湿循环次数的增加，黏聚力和内摩擦角的水致损伤弱化度均呈现出增大的趋势。. 最后，根据室内直剪试验得到的堆积体及滑带土的抗剪强度参数，利用岩土数值分析FLAC3D 软件，建立一元结构和二元结构堆积体边坡模型，考虑了水库蓄水和水位涨落导致库岸边坡岩土体处于干湿循环变化的过程，模拟分析了干湿循环变化下边坡的变形及稳定性发展演化规律，可为相关工程设计提供重要依据。