堆石體物理力學(xué)特性及其工程應(yīng)用研究.pdf

1、堆石體是一種有一定級配、無凝聚性、滲透能力很強的摩擦型集合料，并具有獨特的物理力學(xué)特性。其特殊性主要是因為它是由顆粒和孔隙組成，其性質(zhì)與顆粒的大小、形狀及分布特征有關(guān)，并且在載荷作用下，這些參量將不斷發(fā)生變化，堆石體物理力學(xué)性質(zhì)也隨之改變。論文采用散體力學(xué)、顆粒力學(xué)的相關(guān)理論對堆石體的強度和變形機理進行研究，并考慮到堆石體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的變化特征，將微觀結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)與宏觀力學(xué)量統(tǒng)一起來，建立相適應(yīng)的力學(xué)模型，將微觀與宏觀聯(lián)系起來，進一步

2、完善了對堆石體的研究。 論文完成的主要研究工作有： 有關(guān)堆石體物理力學(xué)性質(zhì)方面，在已有研究成果基礎(chǔ)上，對相關(guān)研究成果進行綜合比較、分析、研究、總結(jié)，并借鑒散體力學(xué)、顆粒力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)相關(guān)理論，把有關(guān)堆石體的物理力學(xué)性質(zhì)的研究成果融匯成了一個較完善的基礎(chǔ)理論體系。從巖石的破碎機理出發(fā)，建立了堆石體粒徑分布的對數(shù)正態(tài)分布模型，可以較好的預(yù)測爆破堆石體的粒徑分布。 對堆石體的物理力學(xué)性質(zhì)進行了較全面的試驗研究，包括現(xiàn)場

3、測試與分析、現(xiàn)場大型碾壓試驗、原位剪切試驗、滲透試驗、擊實試驗、壓縮試驗、三軸剪切試驗等，對堆石體的顆粒分布、抗剪強度、滲透特性、壓縮性以及沉降特性進行了研究，豐富了理論研究內(nèi)容，為工程應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。 從堆石體的組構(gòu)特征出發(fā)，以數(shù)理統(tǒng)計為工具，研究了顆粒間的接觸力以及接觸力的法向分布，得出了顆粒間接觸力的概率分布。研究了堆石體的力學(xué)性質(zhì)與顆粒的空間堆積方式、孔隙的大小及孔隙的空間分布之間的關(guān)系。 運用散體顆粒力學(xué)和

4、數(shù)理統(tǒng)計理論，從顆粒的空間堆積形態(tài)出發(fā)，分析顆粒間的接觸關(guān)系、接觸力，并建立了堆石體顆粒間的局部微觀接觸力與宏觀應(yīng)力之間的關(guān)系。 從堆石體顆粒的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，建立了堆石體的剛性接觸模型，將顆粒間的接觸力同局部應(yīng)力聯(lián)系起來，建立了堆石體的局部本構(gòu)模型。以堆石體局部本構(gòu)關(guān)系為基礎(chǔ)，并從微觀到宏觀，建立了堆石體的二維、三維本構(gòu)模型，把堆石體的微觀顆粒組構(gòu)特征與其宏觀物理力學(xué)特性聯(lián)系起來，為進一步研究堆石體物理力學(xué)特性奠定了理論基礎(chǔ)。

5、 通過理論分析、現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值分析等手段，研究了堆石體內(nèi)土壓力的分布狀況，對堆石體的成拱機理進行了理論研究，并分析了堆石體對其內(nèi)部構(gòu)筑物安全性的影響。以堆石體的成拱效應(yīng)為算例，以數(shù)值分析為手段，對堆石體填筑結(jié)構(gòu)的土壓力分布進行了數(shù)值模擬，驗證了堆石體成拱效應(yīng)。 以幾個不同工程為實例，充分闡述了堆石體在工程中的典型應(yīng)用情況，充分應(yīng)用了堆石體壓實性能好、透水性強、填筑密度大、沉陷變形小、承載力高、穩(wěn)定性好等優(yōu)良工程特性，體現(xiàn)出