基于細(xì)觀接觸理論的堆石料解析本構(gòu)關(guān)系研究.pdf

1、土石壩具有工程投資省、施工技術(shù)相對(duì)簡單且工期短、對(duì)地形地質(zhì)條件的要求低等特點(diǎn)，在水利水電工程中應(yīng)用廣泛。然而堆石料作為土石壩的主要建筑材料，表現(xiàn)出非線性、彈塑性、剪脹性、流變性、應(yīng)變硬化或應(yīng)變軟化以及各向異性等等非常復(fù)雜的力學(xué)特性，為其建立合理而完備的本構(gòu)模型一直是工程界和學(xué)術(shù)界十分關(guān)心的問題。
　　目前應(yīng)用比較多的模型（如鄧肯張模型）大多基于宏觀的唯象理論建立，缺乏對(duì)細(xì)（微）觀結(jié)構(gòu)的把握，不能有效揭示堆石料受力變形的本質(zhì)。對(duì)堆石

2、料發(fā)生變形、強(qiáng)度變化的物理解釋也不盡滿意，從而限制了這類模型的應(yīng)用。對(duì)顆粒材料而言，考慮細(xì)觀接觸的解析模型近年來得到了一定發(fā)展，但這一方法目前的研究主要針對(duì)砂土。堆石料考慮細(xì)觀接觸的解析模型目前還沒有見到報(bào)道。
　　本文基于考慮細(xì)觀接觸的顆粒材料彈塑性本構(gòu)模型，針對(duì)堆石料展開了以下工作。
　　(1)初步建立了堆石料細(xì)觀本構(gòu)的理論框架。顆粒接觸面的細(xì)觀本構(gòu)模型包括，顆粒接觸模型的彈性部分采用Hertz彈性理論考慮，塑性部分采用

3、Mohr-Coulomb形式的屈服函數(shù)、雙曲線形式的硬化函數(shù)與非關(guān)聯(lián)的流動(dòng)法則加以建立。依據(jù)“最適假設(shè)法”建立宏觀應(yīng)變到細(xì)觀接觸位移之間的宏細(xì)觀應(yīng)變位移關(guān)系，再根據(jù)余能守恒定理建立宏觀應(yīng)力到細(xì)觀接觸力之間的宏細(xì)觀應(yīng)力-接觸力關(guān)系，進(jìn)而聯(lián)立細(xì)觀接觸本構(gòu)模型，最終獲得宏觀應(yīng)力與應(yīng)變的本構(gòu)關(guān)系模型。
　　(2)研究了簡化的常規(guī)試驗(yàn)?zāi)M計(jì)算流程，大大提高了運(yùn)算效率，同時(shí)采用全量形式的屈服函數(shù)參與運(yùn)算，避免了誤差的累積。
　　(3)研

4、究了模型中主要參數(shù)的確定方法，并對(duì)堆石料的常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)進(jìn)行了模擬。本文中采用常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果確定部分物理意義明確的參數(shù)，另一部分無法通過試驗(yàn)確定的參數(shù)則借助于粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行選擇。
　　(4)為了對(duì)模型中的參數(shù)建立更清晰的認(rèn)識(shí)，進(jìn)行了模型參數(shù)的敏感性分析。通過分析結(jié)果，了解了所有參數(shù)在實(shí)際擬合中的影響效果和部分關(guān)系式在數(shù)值模擬中的控制作用，并預(yù)測了模型的其他擬合潛力。
　　(5)對(duì)其他較復(fù)雜條件下的試驗(yàn)擬合進(jìn)行了探