基于Ueng-Chen能耗方程的顆粒破碎本構模型研究.pdf

1、目前300m級面板壩無建成的工程實例可供參考，因此，本構模型合理與否直接關系著300m級面板壩計算的準確度，合理的本構模型可以更精確地預測大壩的應力變形，更好地指導大壩的設計和施工，為選取300m級面板壩方案提供技術支持，并為國家節(jié)省巨額工程建設投資。目前，能考慮高壓力下堆石料的顆粒破碎的本構模型問題，成為當前研究中的熱點。本文以已建成的世界上最高面板堆石壩----水布埡壩的筑壩材料為試驗材料，在國家自然科學基金面上項目“300級面板壩

2、筑壩材料的漸近狀態(tài)顆粒破碎本構模型研究”資助下，進行了為期兩年的軸變做到24％大變形的大三軸固結排水剪試驗。在這些準確的大三軸試驗數(shù)據(jù)的支撐下，基于Ueng和Chen剪脹方程，在鄧肯-張模型、Ueng和Chen砂模型、南科院米占寬堆石料模型基礎上，完善并建立了一個能考慮堆石料破碎耗能的本構新模型。
　　本研究主要內容包括：⑴對粗粒土大三軸儀性能進行改進完善，增大了儀器軸向變形量程、對大、小接頭結構革新使其經(jīng)受350米深水壓力而不漏

3、水，更換了大體積脫氣罐以制造脫氣水并可以一次充水完成試樣飽和，獲批實用新型專利3項。⑵進行了水布埡面板壩堆石料室內常規(guī)大三軸試驗，通過對試驗數(shù)據(jù)的整理分析，得出了壩體堆石料鄧肯 E-B本構模型參數(shù)。依據(jù)大量的、準確的試驗數(shù)據(jù)，得到了描述堆石料應力變形特性的三個基本公式，是后續(xù)的基于臨界狀態(tài)理論的彈塑性本構模型的基石。⑶運用大型軟件ABAQUS，通過自編鄧肯本構模型子程序，進行常規(guī)三軸實驗的數(shù)值模擬。分析發(fā)現(xiàn)，低圍壓下鄧肯-張本構模型能夠

4、較好地對常規(guī)大三軸試驗進行模擬，但是在高圍壓下對試驗的模擬結果不是很理想，這主要是因為鄧肯-張模型沒有考慮堆石料顆粒破碎的影響而導致的誤差。⑷發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的土的鄧肯-張模型中(此處公式省略)對高壓力霞的粗粒料不再適用，提出了以e為底的擬合新公式。⑸三軸固結排水剪切試驗過程中的破碎耗能EB與軸向應變ε1關系曲線(此處公式省略)為直線型，而不是已有文獻中采用的指數(shù)型。⑹基于經(jīng)典的鄧肯—張模型的建模思路，建立了基于Ueng和Chen能耗方程的堆石