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一个考虑颗粒破碎的堆石料弹塑性本构模型

岩土工程学报 2011年第10期33卷 1489-1495页

作者：陈生水傅中志韩华强彭成南京水利科学研究院江苏南京210029

基于广义塑性理论建立了一个考虑堆石料颗粒破碎的弹塑性本构模型。模型采用随平均应力增加而减小的峰值摩擦角和特征点摩擦角来反映堆石料因颗粒破碎而表现出的峰值应力比与剪胀应力比的非线性,在此基础上确定塑性流动和加载方向向量;... 详细信息

基于广义塑性理论建立了一个考虑堆石料颗粒破碎的弹塑性本构模型。模型采用随平均应力增加而减小的峰值摩擦角和特征点摩擦角来反映堆石料因颗粒破碎而表现出的峰值应力比与剪胀应力比的非线性,在此基础上确定塑性流动和加载方向向量;运用指数型压缩函数建立依赖于体积应变和平均应力的压缩参数λ,并构造随平均应力与剪应力水平而变化的塑性模量表达式。模型共有8个参数,均可通过等向或单向压缩和三轴压缩试验确定。为验证本文模型的合理性,依据试验资料确定了3种不同堆石料的本构模型参数,并对典型三轴压缩试验进行了模拟。3种材料的模型预测结果与试验数据均吻合良好,表明本文模型可合理反映了颗粒破碎对堆石料强度与变形特性的影响。

关键词：堆石料颗粒破碎广义弹塑性本构模型

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特高面板砂砾石坝结构安全性论证

岩土工程学报 2017年第11期39卷 1949-1958页

作者：陈生水阎志坤傅中志李国英南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室江苏南京210029

基于试验研究与数值计算分析,对新疆大石峡250 m级特高面板砂砾石坝结构安全性进行了论证。结果表明:压实后的砂砾石料有较高的变形模量、较小的流变和地震残余变形,大坝运行期坝体最大沉降仅为最大坝高的0.64%;设计地震用下坝体最大震... 详细信息

基于试验研究与数值计算分析,对新疆大石峡250 m级特高面板砂砾石坝结构安全性进行了论证。结果表明:压实后的砂砾石料有较高的变形模量、较小的流变和地震残余变形,大坝运行期坝体最大沉降仅为最大坝高的0.64%;设计地震用下坝体最大震陷量仅为最大坝高的0.40%;静、动力荷载作用下,面板周边缝的沉陷和张拉值均未超过国内外已建工程的最大实测值,周边缝的剪切位移虽然比国内外已建工程的最大实测值大,但中国在混凝土面板接缝止水结构与材料方面的技术储备已经能够满足其要求。因此,与相同高度的面板堆石坝相比,面板砂砾石坝变形安全控制的难度较小。需要指出的是,250 m级特高砂砾石坝的防渗面板在静、动力荷载作用下的轴向和顺坡向拉、压应力极值较高,有必要在面板周边缝和压性垂直缝两侧一定范围配置加强钢筋。

关键词：特高面板砂砾石坝应力变形结构安全

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掺砾心墙料拉裂力学特性试验研究

岩土力学 2019年第12期40卷 4777-4782,4792页

作者：吉恩跃陈生水傅中志南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 南京水利科学研究院水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室江苏南京210029

研究掺砾心墙料的拉裂特性对深入研究高土石坝水力劈裂、坝顶裂缝以及坝肩横缝等问题至关重要,但目前已有的研究尚不够深入。基于自主研制的单向拉伸试验装置,对不同掺砾量下的心墙料进行了系列的单向拉伸试验,依据试验结果分析了掺砾... 详细信息

研究掺砾心墙料的拉裂特性对深入研究高土石坝水力劈裂、坝顶裂缝以及坝肩横缝等问题至关重要,但目前已有的研究尚不够深入。基于自主研制的单向拉伸试验装置,对不同掺砾量下的心墙料进行了系列的单向拉伸试验,依据试验结果分析了掺砾心墙料拉裂破坏的机制。在此基础上得到以下结论:在试样各自最大干密度及最优含水率下,随着掺砾量的增加,心墙料的抗拉强度和拉应变呈线性递减关系;所有试样的拉应力-应变曲线呈分段指数关系,极限拉应力前后试验曲线可分别采用正负指数关系来描述;进行了系列三轴排水剪试验,分析各试样抗拉强度与强度指标的关系发现,对于所研究的掺砾心墙料,抗拉强度与其黏聚力呈较好的线性关系,在不具备试验条件的情况下,此关系可用来大致估算心墙料的抗拉强度。相关试验结果可为实际土心墙坝抗裂设计提供参照。

关键词：掺砾心墙料掺砾量应力-应变关系抗拉强度黏聚力

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“南水”双屈服面模型的两点修正

同济大学学报（自然科学版） 2016年第3期44卷 362-368页

作者：王庭博陈生水傅中志同济大学土木工程学院上海200092 南京水利科学研究院岩土工程研究所南京210029 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室南京210024

基于堆石料大型三轴试验数据,分析研究了其切线模量和切线体积比与应力状态的关系,建立了切线模量和体积比与应力比之间的函数关系式,并将其引入"南水"双屈服面弹塑性模型中.运用修正模型对不同应力路径下堆石料的大型三轴压缩试验结果... 详细信息

基于堆石料大型三轴试验数据,分析研究了其切线模量和切线体积比与应力状态的关系,建立了切线模量和体积比与应力比之间的函数关系式,并将其引入"南水"双屈服面弹塑性模型中.运用修正模型对不同应力路径下堆石料的大型三轴压缩试验结果进行了模拟,结果表明,修正模型在未增加参数的情况下较好克服了原模型在描述堆石料应力-应变关系,特别是剪胀(缩)特性方面的不足,可更好地模拟堆石料的强度和变形特性.

关键词：双屈服面弹塑性模型切线模量切线体积比堆石料

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铁矿尾矿料微观结构与压缩特性试验研究

岩土工程学报 2020年第S2期42卷 61-66页

作者：张意江陈生水傅中志南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室江苏南京210029

针对马鞍山青山尾矿库铁矿尾矿料,开展了一系列压缩试验,对铁尾矿的压缩特性进行了分析;对试验完成后的试样开展了扫描电镜试验(SEM)和压汞试验(MIP),从定性和定量两个角度分析了铁尾矿微观结构对压缩特性的影响。试验结果表明:铁矿尾... 详细信息

针对马鞍山青山尾矿库铁矿尾矿料,开展了一系列压缩试验,对铁尾矿的压缩特性进行了分析;对试验完成后的试样开展了扫描电镜试验(SEM)和压汞试验(MIP),从定性和定量两个角度分析了铁尾矿微观结构对压缩特性的影响。试验结果表明:铁矿尾矿料在单向压缩和等向压缩下表现出基本一致的压缩特性,初始干密度对压缩曲线的影响只体现在初始孔隙比的不同,单一级配的试样压缩性更强。SEM和MIP试验表明,铁尾矿试样颗粒间孔隙结构多样,孔径主要分布在10~0.1μm的孔隙组;初始干密度和试验固结围压均会对尾矿料的总孔隙率产生影响,其中围压的影响更为剧烈。研究成果可为尾矿库的设计运营维护提供参考。

关键词：铁矿尾矿料压缩特性微观结构扫描电镜试验压汞试验

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颗粒破碎的微观力学模拟

应用力学学报 2014年第5期31卷 671-677,826页

作者：刘恩龙陈生水傅中志四川大学水利水电学院水力学与山区河流开发保护国家重点实验室成都610065 南京水利科学研究院南京210029

基于颗粒尺度建立了考虑颗粒破碎过程中能量耗散的微观力学模型。为了模拟颗粒体的破碎过程和侧向应力的影响,把胶结在一起的三个等粒径的颗粒体当作颗粒破碎体。基于颗粒破碎准则和热力学原理,考虑了颗粒破碎过程中颗粒接触点之间的塑... 详细信息

基于颗粒尺度建立了考虑颗粒破碎过程中能量耗散的微观力学模型。为了模拟颗粒体的破碎过程和侧向应力的影响,把胶结在一起的三个等粒径的颗粒体当作颗粒破碎体。基于颗粒破碎准则和热力学原理,考虑了颗粒破碎过程中颗粒接触点之间的塑性滑移和颗粒转动以及侧向应力作用,通过颗粒破碎体内部颗粒之间的接触破碎来模拟颗粒体的破碎。计算结果表明:本文所提出的微观力学模型可以模拟胶结在一起的大颗粒的破碎过程;颗粒之间的微观力学参数对颗粒破碎过程中的力、塑性滑移、颗粒的转动角有不同程度的影响;力-位移关系曲线在破碎前是线性的,而颗粒破碎时竖向力迅速降低到较小值,并伴有颗粒的转动。

关键词：颗粒破碎微观力学破碎准则颗粒转动

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堆石料流变的黏弹塑性本构模型研究

岩土工程学报 2014年第12期36卷 2188-2194页

作者：王占军陈生水傅中志南京水利科学研究院江苏南京210029 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室江苏南京210029

堆石坝流变变形主要是堆石料在环境因素作用下的劣化和高接触应力下的颗粒破碎重排引起的。在等向压缩方程中引入反映堆石料颗粒强度的固相硬度参数,选用双曲线型式的固相硬度衰减模型,以反映堆石料颗粒强度随时间劣化的特性;在分析堆... 详细信息

堆石坝流变变形主要是堆石料在环境因素作用下的劣化和高接触应力下的颗粒破碎重排引起的。在等向压缩方程中引入反映堆石料颗粒强度的固相硬度参数,选用双曲线型式的固相硬度衰减模型,以反映堆石料颗粒强度随时间劣化的特性;在分析堆石料流变试验结果的基础上,建立了流变变形的双曲线型流动准则;推导了流变变形的计算公式,并构建了流变模量表达式,从而建立了一个可统一考虑加载与流变过程的堆石料黏弹塑性本构模型。通过模拟两种典型堆石料的流变试验资料验证了模型的有效性。

关键词：堆石料流变黏弹塑性本构模型

统一考虑加载变形与流变的粗粒土弹塑性本构模型及应用

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岩土工程学报 2019年第4期41卷 601-609页

作者：陈生水傅中志石北啸袁静南京水利科学研究院江苏南京210029 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室江苏南京210029 南京市江宁区水务局江苏南京211112

实测资料表明,现行粗粒土本构模型明显低估高度200m以上特高土石坝的沉降量,主要原因之一是现行本构模型普遍割裂加载变形与流变,计算时忽略施工过程中坝料产生的流变。在总结分析典型粗颗粒土石料流变特性的基础上,以应力、应变和时间... 详细信息

实测资料表明,现行粗粒土本构模型明显低估高度200m以上特高土石坝的沉降量,主要原因之一是现行本构模型普遍割裂加载变形与流变,计算时忽略施工过程中坝料产生的流变。在总结分析典型粗颗粒土石料流变特性的基础上,以应力、应变和时间为基本变量,提出了一个可以统一模拟粗粒土加载变形、流变、应力松弛等性质的弹塑性本构模型。模型假定加载塑性变形和流变可同时发生,应力和时间变化均会引起屈服面扩张,从而产生塑性变形,但两者服从不同的塑性流动准则。运用某特高心墙堆石坝坝壳堆石料和砾石土心墙料的试验结果对模型的合理性进行了验证,并对该大坝填筑施工过程进行了模拟。计算结果表明,忽略坝料施工期流变可使大坝竣工期沉降量低估10%以上。因此,采用统一模拟粗粒土加载变形与流变的本构模型可有效提高特高土石坝变形的预测精度。

关键词：土石坝粗粒土流变本构模型

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堆石料的剪胀特性与广义塑性本构模型

岩土力学 2015年第7期36卷 1931-1938页

作者：王占军陈生水傅中志长江勘测规划设计研究院湖北武汉430010 南京水利科学研究院水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室江苏南京210029

以三轴试验成果为基础,考虑颗粒破碎引起堆石料剪胀比与应力比之间的非线性关系,提出了能够反映堆石料低围压剪胀、高围压剪缩特性的剪胀方程。在广义塑性理论框架内构造堆石料的塑性流动方向向量和加载方向向量,引入依赖于密实度与平... 详细信息

以三轴试验成果为基础,考虑颗粒破碎引起堆石料剪胀比与应力比之间的非线性关系,提出了能够反映堆石料低围压剪胀、高围压剪缩特性的剪胀方程。在广义塑性理论框架内构造堆石料的塑性流动方向向量和加载方向向量,引入依赖于密实度与平均应力的压缩参数,构造随平均应力、剪应力比和密实度变化的塑性模量,建立了一个考虑颗粒破碎的堆石料弹塑性本构模型。阐述了该模型10个参数的确定方法,并通过模拟不同围压和不同应力路径下堆石料的三轴压缩试验资料验证了模型与参数的合理性。

关键词：堆石料颗粒破碎剪胀性广义塑性理论弹塑性本构模型