浅论粗粒料缩尺效应试验研究

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1、河海大学硕士学位论文粗粒料缩尺效应试验研究姓名：翁厚洋申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：朱俊高20080501河海大学硕士学位论文摘要我国土石坝高度越来越高，达到200m甚至300m级，迫切需要对粗粒料的力学特性进行深入研究。在研究粗粒土的工程特性及各项力学性质时，为利用现有大型仪器对材料进行试验，必须要对原型材料进行缩尺。而缩尺后的替代级配与原级配往往有很大差异，研究室内试验用替代级配与实际填筑的原级配料之间的强度和变形特性内在关系，分析采用不同缩尺方法缩尺后土石料的强度变形特性指标之间的差异，是粗粒土

2、研究中需要解决的一个重要问题。围绕上述问题，论文主要进行了以下工作。对同一级配料采用不同缩尺方法进行缩尺，缩尺后替代级配料的最大粒径分别为1cm、2cm、4cm和6cm，对各替代级配料进行了最小、最大干密度试验。分析各级配土石料的最小、最大干密度与缩尺方法、颗粒粒径之间的关系，并通过关系曲线拟合，推求原型级配料的最大干密度。同时，对压实过程中的颗粒破碎进行了讨论，发现在不同缩尺方法下颗粒破碎率有较大差异。利用大型、中型三轴剪切试验仪对缩尺后的替代级配土石料进行了大量试验。以直径为6．18cm、10．1cm和30c

3、m的试样，分别进行不同缩尺方法、不同试样尺寸、不同密度、不同粗粒含量土石料的普通三轴固结排水剪切试验。结果表明：相似级配法缩尺得到的级配土料强度较高，体积变形较小，等量替代法缩尺后的土料强度较低，体积变形较大，剔除法和混合法位于两者之间。缩尺方法、粗粒含量和试验密度等对粗粒料抗剪强度及变形特性的影响较大。为研究缩尺效应对粗粒料应力应变的影响，对相关三轴试验整理了邓肯模型参数。研究表明缩尺效应对粗粒料邓肯参数的影响较大，以弹性模量数K和体积模量数屹为例，在同一缩尺方法下，K、％随替代料最大粒径的增大而增大。研究了不

4、同缩尺方法的适用性。根据本文对不同替代级配土石料的压实和三轴试验结果，对不同缩尺方法进行了对比分析，指出了各缩尺方法存在的不足，并提出了其适用条件。关键词：粗粒料；缩尺效应；压实密度；强度及变形特性；粗粒含量；试样密度。AbstmctKeywords：coarse—g陋inedmat两als；scalee行ect；compactiondellsi锣；s仃cngthaIlddefom撕onpropenies；coarsegminpercentage；densit)，ofspecimen．III学位论文独创性声明本人

5、声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。也不包含为获得河海大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同学对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：盗!垦黧孚签字日期：2008年6月扣日学位论文使用授权说明河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文档，并可以采用影印、缩印

6、或扫描等其它复制手段保存论文。本人学位论文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布(包括刊登)授权河海大学研究生院办理。学位论文作者签名：螽!垦盏签字日期：2。。8年多月加日河海大学硕士学位论文f=c+哟缈(4．1)即破坏剪应力与法向应力呈线性关系。但是大量试验资料表明，在高围压时抗剪强度与法向应力之间的比例关系并不是常数，而是随着应力的增加而降低，在抗剪强度包线上表现为向下弯曲的曲线，如图4．1所示。图4．1粗粒土强度包线示意图对此，一些学者

7、提出了适用于粗粒土的非线性抗剪强度表达式。De．Mellon53提出非线性强度关系式为：fr=么盯。6(4．2)后来殷家瑜等n63把上式改进为fr=彳砌(盯。／尸口)曰(4．3)式中：r，为抗剪强度，kPa；盯。为法向应力，kPa；彳、B为强度参数，砌为大气压力，100kPa。Duncann71等人提出非线性强度参数关系式为：矽=‰一△妒lg(吧／尸口)(4．4)f，=哟妒(4．5)式中：‰为在围压为标准大气压时的内摩擦角，△伊是围压增大10倍时摩擦角的递减量。陈梁生等n81、郭庆国n钉啪1等也都提出了非线性强度

8、公式。在这些非线性强度表达式中，均隐含了c值的因素位1l。刘开明等人指出，如忽略c值的存在，对低坝，设计偏于保守，在应力应变计算中破坏区将加大；而对高坝，设计稳定值将偏于危险，计算变形结果偏小∞1。粗粒料的抗剪强度受材料本身的物理性质、受力条件、试验条件等因素的影响。围压是影响粗粒料抗剪强度的重要因素，这在于其抗剪强度的本质来源于颗粒间的摩擦阻力和咬合作用。粗粒料的粗粒含