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粗粒土力学特性大型平面应变试验研究

长江科学院院报 2024年

作者：姜景山左永振程展林黄鑫张超王志华河海大学岩土工程科学研究所南京吉欧地下空间科技有限公司南京工程学院建筑工程学院长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室

土石坝填料一般处于平面应变状态，而目前填料力学特性研究基本采用大型三轴试验。由于三轴应力状态下中主应力等于小主应力，平面应变状态下大坝填料的力学性能会被低估。为充分认识填料潜能科学设计和合理评估土石坝，有必要对填料开... 详细信息

土石坝填料一般处于平面应变状态，而目前填料力学特性研究基本采用大型三轴试验。由于三轴应力状态下中主应力等于小主应力，平面应变状态下大坝填料的力学性能会被低估。为充分认识填料潜能科学设计和合理评估土石坝，有必要对填料开展平面应变试验研究。应用大型真三轴仪对填料进行了大型平面应变试验，共开展了四种不同初始干密度的粗粒土平面应变各向等压固结排水剪切试验。结果表明：应力应变关系主要为应变硬化型，应力曲线呈爬升型，体变表现为剪缩。某一小主应力下，大小主应力之差的最大值随初始干密度的增大呈线性增大；初始干密度一定时，大小主应力之差的最大值与小主应力呈线性关系增大。初始剪切阶段，小主应力一定时，偏应力与球应力之比曲线斜率随初始干密度的增大而增大，随剪切变形的发展，不同初始干密度的应力比曲线逐渐趋于接近。偏应力随球应力的增大单调增加则对应应变硬化型，若偏应力随球应力的增大先增加后减小则对应应变软化型。相同小主应力时，初始弹性模量随初始干密度的增大而增大，近似呈线性关系；某一初始干密度下，初始弹性模量随小主应力的增大基本呈线性关系增大。中主应力系数随大主应力方向应变的增大而增大，曲线形态呈三折线形，初始剪切阶段增长较为缓慢，随剪切变形的增大增长相对加快并呈线性关系增大，如曲线末端下弯为应变硬化型，曲线末端上翘为应变软化型。

关键词：粗粒土大型平面应变试验力学特性主应力偏应力球应力大型真三轴仪

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高应力状态下两河口堆石料蠕变特性试验研究

长江科学院院报 2024年第3期41卷 88-93,101页

作者：孙向军刘立强邓韶辉左永振潘家军长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室武汉430010 雅砻江流域水电开发有限公司成都610065

堆石料是土石坝的主要填筑材料,其蠕变特性直接决定着土石坝工后变形的大小。对两河口水电站砾石土心墙堆石坝的两种筑坝堆石料,开展室内大型三轴蠕变试验,结果表明:①在低应力水平下,试验侧向应变为正;在高应力水平下,试验侧向应变为负... 详细信息

堆石料是土石坝的主要填筑材料,其蠕变特性直接决定着土石坝工后变形的大小。对两河口水电站砾石土心墙堆石坝的两种筑坝堆石料,开展室内大型三轴蠕变试验,结果表明:①在低应力水平下,试验侧向应变为正;在高应力水平下,试验侧向应变为负;②采用幂函数外推30 a对应的试验值,将其作为堆石料蠕变试验的极限应变,所得剩余蠕变与时间呈良好的幂函数关系;③最终剪切蠕变与剪应力呈倍数关系,轴向蠕变衰减幂指数与剪切蠕变衰减幂指数基本相等,最终轴向蠕变是最终剪切蠕变的1.5倍。最后,提出了更简洁的两参数幂函数蠕变模型,模型参数物理含义明确,便于在工程中使用。研究可为土石坝工后变形的初步估算提供参考。

关键词：高应力状态剩余蠕变最终剪切蠕变模量衰减幂指数

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高围压状态下堆石料湿化变形特性

长江科学院院报 2024年第4期41卷 119-123页

作者：左永振张贵科孙向军潘家军周跃峰长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室武汉430010 雅砻江流域水电开发有限公司成都610065

堆石料是土石坝的主要填筑材料,其湿化变形特性对土石坝蓄水期变形有显著影响。对两河口水电站的2种筑坝堆石料,采用单线法分别开展围压为0.5、1.0、2.0、3.0 MPa的大型三轴湿化变形试验。结果表明:随着应力水平和围压增加,堆石料轴向... 详细信息

堆石料是土石坝的主要填筑材料,其湿化变形特性对土石坝蓄水期变形有显著影响。对两河口水电站的2种筑坝堆石料,采用单线法分别开展围压为0.5、1.0、2.0、3.0 MPa的大型三轴湿化变形试验。结果表明:随着应力水平和围压增加,堆石料轴向湿化变形和体积湿化变形都显著增大,与中低围压下的湿化变形规律相近。高围压下的各向等压湿化变形,堆石料体积湿化应变与围压在双对数坐标中仍服从直线关系,轴向湿化应变与围压不再满足直线关系。高围压下的偏压湿化变形,堆石料体积湿化应变与轴向湿化应变之比一般在0~2范围内,与围压呈现近似水平发展趋势,随应力水平的增加而逐渐降低。采用六参数湿化模型,仍能准确表达轴向湿化变形、体积湿化变形随应力水平、围压的变形规律。

关键词：堆石料湿化变形单线法高围压状态应力水平

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砾石土料的湿化变形试验技术难点与解决方法

岩土力学 2023年第7期44卷 2170-2176页

作者：左永振程展林潘家军周跃峰赵娜长江水利委员会长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010

砾石土心墙料的大尺寸样品湿化变形试验难度极大,这主要是砾石土料的性质决定了其饱和固结排水困难、样品难以达到饱和状态、试验周期太长。从试验技术、测试方法等方面进行攻关,分析试验成果出现偏差的原因并修正,针对砾石土湿化变形... 详细信息

砾石土心墙料的大尺寸样品湿化变形试验难度极大,这主要是砾石土料的性质决定了其饱和固结排水困难、样品难以达到饱和状态、试验周期太长。从试验技术、测试方法等方面进行攻关,分析试验成果出现偏差的原因并修正,针对砾石土湿化变形离散性大、存在应力饱和问题,进行了艰难地研究探索。通过对湿化试验过程中的体变修正、进水量修正、饱和度实时计算、成果离散性处理等关键细节的严格把控,最终成功地完成了典型砾石土料的湿化变形试验,获得了规律性较好的砾石土心墙料湿化变形成果。试验过程中出现的异于常规的现象,如围压施加过程中三轴压力室的整体向上变形、高应力状态下没有湿化变形量等,通过试验数据分析和理论分析,最终都得到了合理的解释,加深了对砾石土心墙料土工试验技术和砾石土料湿化变形的认识。

关键词：砾石土心墙料湿化变形单线法大三轴试验技术

土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板的研制与验证

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工程科学与技术 2022年第5期54卷 29-35页

作者：王艳丽程展林潘家军左永振徐晗长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010

真三轴仪是研究复杂应力状态下土体力学特性的理想仪器,但如何保持加载结构与土体之间无摩擦力且3个方向无干扰加载是真三轴仪研制的技术瓶颈。本文针对“刚柔复合型”真三轴仪中刚性加载板与试样之间的双向摩擦力问题,基于土体与加载... 详细信息

真三轴仪是研究复杂应力状态下土体力学特性的理想仪器,但如何保持加载结构与土体之间无摩擦力且3个方向无干扰加载是真三轴仪研制的技术瓶颈。本文针对“刚柔复合型”真三轴仪中刚性加载板与试样之间的双向摩擦力问题,基于土体与加载板之间“整体接触变为分散式接触,滑动摩擦变为滚动摩擦”的减摩新方法,研制了土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板。详细介绍了该装置的结构原理和细部构造,通过大型直剪试验和数值计算论证了分散式接触代替整体式接触、滑动摩擦变为滚动摩擦的减摩措施效果。结果表明:1)试样与加载板之间的摩擦系数低至0.023,与传统减摩方法相比,摩擦系数可降低90%以上;2)与整体式接触相比,分散式接触可使试样3个方向的应力和变形更为均匀,并较大程度地降低试样与加载板之间的摩擦力;3)采用分散式滑块相互搭接并预留间隙方法满足随试样同步变形,实现了大变形条件(竖向最大变形量90 mm,应变达15%)下真三轴试验的三向无干扰独立加载。土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板的成功研制,有效消除了试样与加载板之间的界面摩阻力,使试样在接触面切线方向上可以自由双向变形,又实现了大变形条件下三向加载互不干扰,破解了真三轴仪研制中的关键技术难题。

关键词：双向微摩擦荷载传力板真三轴试验摩擦系数三向无干扰加载

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砾石土心墙料的湿化变形特性试验研究

岩土工程学报 2023年第10期45卷 2188-2193页

作者：左永振程展林潘家军周跃峰赵娜长江水利委员会长江科学院湖北武汉430010 水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010

针对砾石土心墙料,采用大型应力式三轴仪开展了单线法湿化变形试验,较系统地研究了湿化应变与应力水平、围压之间的变化规律。依据试验成果,砾石土心墙料的湿化变形是明显的,且与应力水平、围压密切相关,在高围压、高应力水平条件下,外... 详细信息

针对砾石土心墙料,采用大型应力式三轴仪开展了单线法湿化变形试验,较系统地研究了湿化应变与应力水平、围压之间的变化规律。依据试验成果,砾石土心墙料的湿化变形是明显的,且与应力水平、围压密切相关,在高围压、高应力水平条件下,外力改变了试样的饱和状态,砾石土样品逐渐从非饱和状态过渡到饱和状态,砾石土料存在应力饱和现象,导致湿化过程中没有明显的湿化变形。当围压较小时,湿化应变随应力水平的增大而增大,当围压增大到一定量值时,湿化应变反而随应力水平的增大而减小,呈现明显的分叉现象,表现出更加复杂的规律。最后提出了砾石土料湿化变形模型及模型参数,提出的砾石土料湿化模型可作为高土石坝湿化变形分析的基础。

关键词：砾石土心墙料高土石坝湿化变形单线法大三轴试验

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复杂应力条件下粗粒料的剪胀性研究进展

长江科学院院报 2023年

作者：周跃峰左永振万航三峡大学土木与建筑学院长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室

粗粒料的剪胀性是其强度和变形研究的重要问题之一，它取决于颗粒排列、粒间压力等细微观作用；在宏观层面，受相对密度与应力状态的影响。本文围绕复杂应力条件下粗粒料的剪胀问题，从粗粒料力学特性的试验研究、粗粒料的强度准则、以... 详细信息

粗粒料的剪胀性是其强度和变形研究的重要问题之一，它取决于颗粒排列、粒间压力等细微观作用；在宏观层面，受相对密度与应力状态的影响。本文围绕复杂应力条件下粗粒料的剪胀问题，从粗粒料力学特性的试验研究、粗粒料的强度准则、以及临界状态与剪胀性方面，对国内外的研究进展进行了系统论述。在此基础上，提出该领域呈现如下发展态势：1）通过大型真三轴试验开展粗粒料剪胀率的试验研究与理论分析，能够促进粗粒料本构理论的发展进步；2）结合应力路径试验中的应力变形规律研究，可实现从常规三轴条件下向复杂应力条件下的剪胀方程的进一步发展，从而体现强度与变形问题的统一；3）采用状态参量去评价土体的松密状态与剪胀性，能够耦合应力状态与孔隙比，尽量避免“一种材料，多组参数”，关于粗粒料的力学特性研究有了更加科学和系统的研究方法。

关键词：粗粒料剪胀性真三轴试验强度准则状态参量

水循环荷载作用下高面板堆石坝长期变形特性研究

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岩土工程学报 2023年

作者：杨启贵王艳丽左永振长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室长江设计集团有限公司

高面板堆石坝的长期变形是面板坝建设中的关键技术问题之一，已有研究大多将长期变形归结为堆石体蠕变的结果，但某些高面板堆石坝的变形原型监测资料显示，仅从堆石体蠕变角度难以解释高面板堆石坝长期变形的机理。本次研究通过水布垭... 详细信息

高面板堆石坝的长期变形是面板坝建设中的关键技术问题之一，已有研究大多将长期变形归结为堆石体蠕变的结果，但某些高面板堆石坝的变形原型监测资料显示，仅从堆石体蠕变角度难以解释高面板堆石坝长期变形的机理。本次研究通过水布垭面板堆石坝17年的变形监测资料分析和室内低频循环荷载作用下堆石料变形特性试验，探讨了实际运行中库水位周期性变化形成的循环荷载对高面板堆石坝长期变形特性的影响。结果表明：(1)坝体填筑和初次蓄水引起堆石体的瞬时变形和蠕变，堆石体的后期变形主要是水循环荷载长期作用的结果。(2)水循环荷载作用下，堆石体的变形表现为两种形式，其一为不可恢复的永久变形（亦称为残余变形），其二为可恢复的弹性变形。(3)室内低频循环荷载作用试验得到的堆石料变形及其增长规律很好地验证了水循环荷载与堆石坝后期变形的相互关系以及后期变形的力学意义。本次研究成果为高面板堆石坝长期变形特性研究提供了新的思路，并为具有往复大消落特点的高面板堆石坝变形及安全控制提供借鉴。

关键词：水循环荷载面板堆石坝长期变形实测资料周期性小主应力低频

粗粒料级配缩尺方法对其最大干密度的影响研究

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岩土力学 2015年第S1期36卷 417-422页

作者：左永振张伟潘家军赵娜长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010

对某原型级配粗粒料,按规范要求采用剔除法、等量替代法、相似级配法、混合法等4种缩尺方法,获得15条模拟级配,相应的最大颗粒粒径分别为60、40、20 mm。在相同振动功能条件下,对模拟级配进行了最大干密度试验,研究同一原型级配经不同... 详细信息

对某原型级配粗粒料,按规范要求采用剔除法、等量替代法、相似级配法、混合法等4种缩尺方法,获得15条模拟级配,相应的最大颗粒粒径分别为60、40、20 mm。在相同振动功能条件下,对模拟级配进行了最大干密度试验,研究同一原型级配经不同级配缩尺方法后其最大干密度值的变化规律。分析认为,最大干密度与缩尺后级配的不均匀系数、曲率系数、最大颗粒粒径、小于5 mm粒组含量等参量相关,提出了修正级配参数方法,即将最大干密度与级配相关参量归一化。最后进行了试样尺寸直径为1 m的原型级配粗粒料的击实试验,验证了归一化公式的合理性。

关键词：缩尺效应级配缩尺方法粗粒料最大干密度级配参数