粗粒土真三轴试验与本构模型研究

土石坝因其突出的优点得到青睐，并向300级高坝发展。加强粗粒土的基本力学特性及本构关系的研究已越来越迫切。本项目在新研制的中型真三轴仪上进行复杂应力状态、复杂应力路径下的粗粒土应力应变试验研究。研究中主应力对粗粒土应力应变及强度的影响规律，揭示三维应力状态下粗粒土的应力应变及强度特性。目前，粗粒土的各向异性特性更是研究的空白，本项目通过真三轴试验，研究粗粒土由于应力引起的各向异性特性。现有的粗粒土 2100433B

真三轴试验是使岩石试件处于三个主应力不相等（即σ1>σ2>σ3）的应力组合状态下的三轴压缩试验。

学科：工程地质学

词目：真三轴试验

英文：true triaxial shear test

释文：真三轴试验是使岩石试件处于三个主应力不相等（即σ1>σ2>σ3）的应力组合状态下的三轴压缩试验。真三轴试验可以研究中间主应力（σ2）对岩石变形及强度特性的影响。 2100433B

序

1 绪论

1.1 选题依据及研究意义

1.2 岩体强度理论的国内外研究现状

1.3 中间主应力效应的国内外研究现状

1.4 数值计算方法研究现状

1.5 研究内容和技术路线

2 断续节理岩体的真三轴试验

2.1 岩石真三轴试验仪器的新发展

2.2 中间主应力效应

2.3 岩体结构精细描述方法

2.4 真三轴模型试验方法

2.5 真三轴试验的典型试验结果

2.6 真三轴数字试验

小结

3 断续节理岩体真三轴强度变形的影响因素

3.1 连通率对试样极限强度的影响

3.2 中间主应力对试样强度的影响

3.3 裂隙密度对试样强度的影响

3.4 主应力与裂隙网络的位置关系对试样极限强度的影响

3.5 节理夹角对试样极限强度的影响

3.6 应力路径对试样极限强度的影响

3.7 加载方式对试样极限强度的影响

3.8 真三轴试验的变形模量计算

3.9 真三轴试验的割线模量关联性分析

3.10 真三轴试验的变形模量特性分析

小结

4 断续节理岩体Hoek—Brown三维经验强度准则的修正

4.1 Hoek—Brown经验准则发展历程

4.2 现有的Hoek—Brown经验准则的三维修正形式

4.3 中间主应力效应的再认识

4.4 Hoek—Brown强度准则的三维修正

4.5 三维修正形式的主应力空间表示

4.6 Hoek—Brown强度准则修正形式的验证

4.7 断续节理岩体真三轴强度经验公式

4.8 中间主应力对各向异性岩体强度的影响

4.9 非贯通节理面的破坏准则

4.10 中间主应力对非贯通节理岩体破坏准则的影响

小结

5 真三轴试验在锦屏一级水电站坝基岩体中的应用

5.1 锦屏一级水电站坝址区工程地质概况

5.2 岩体物理力学特性

5.3 PD37的节理精细描述

5.4 条纹状大理岩三轴强度和变形试验

5.5 室内真三轴大理岩强度试验推测

5.6 真气轴大理岩体强度特性推测

5.7 真三轴大理岩体变形特性推测

5.8 Hoek—Brown三维修正经验公式的工程应用

小结

6 柱状节理模型真三轴试验力学特性分析

6.1 白鹤滩水电站工程地质条件简述

6.2 柱状节理玄武岩精细结构调查

6.3 柱状节理玄武岩体室内模型的简化

6.4 真三轴物理模型试验

6.5 真三轴物理模型试验的典型试验结果

6.6 中间主应力效应对岩体强度变形特性的影响

6.7 各向异性效应对岩体强度变形特性的影响

6.8 应力路径效应对岩体强度变形特性的影响

6.9 尺寸效应对岩体强度变形特性的影响

小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

附件1 试样编号说明

附件2 完整试样的试验结果

附件3 两组完全贯通节理试样的试验结果

参考文献2100433B

基于热力学基本定律，研究粗粒土受力变形过程中的能量耗散，并据此建立本构关系是本课题的研究目标。为此，首先研究粗粒土摩擦、剪胀及颗粒破碎的能量耗散机制，确定耗散函数；然后利用最小耗能原理，研究耗散函数的驻值条件，确定塑性应变增量方向；对耗散函数进行Legendre变换，得到耗散应力空间中的屈服函数；结合试验，比较等内参量时真实与耗散屈服应力的差别，研究迁移应力，得到真实应力空间中的屈服函数及其硬化规律；最后拟合试验结果，确定模型参数。本课题的研究，掘弃了以德鲁克公设为基础的传统塑性力学理论，具有较为严密的理论基础，对推动岩土工程学科的发展，提高高土石坝应力变形分析的精度及可靠性，具有重要的学术价值和广阔的工程应用前景。