[发明专利]模拟堆石体长期变形的试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及水利水电工程和岩土工程技术领域，具体的说是一种模拟堆石体长期变形的试验方法。

背景技术

已建堆石坝的原型观测资料表明，在蓄水后大坝变形并未结束，在相当长的一段时间内还会继续增加。长期变形对堆石坝的安全运行有负面影响，例如过大的长期变形会导致混凝土面板破坏，从而影响其防渗性能，甚至危及坝体的安全。研究堆石体长期变形对于掌握混凝土面板堆石坝体的应力与变形规律、实行大坝与止水系统的运行监控和安全评估、科学指导坝工建设、保障工程质量安全等方面有着重要的指导意义。

在面板堆石坝的应力与变形分析中，选用合理的堆石体本构模型以及准确的模型参数是整个分析的关键，堆石体的参数一般由室内或现场试验获得，然而受试验条件、缩尺效应的限制和堆石材料自身性质的离散性，使得测定的力学特性参数与实际值存在一定的差异，由此计算的堆石坝应力与变形与实测值差别较大，如室内流变试验一般几个月就完成了，而坝体的后期变形往往持续数年。

在堆石体流变的室内试验中，由于试样尺寸及其最大粒径的限制，高接触应力-破碎和颗粒重新排列-应力释放、调整和转移的循环过程很快结束，并进入单纯的颗粒重新排列过程，同样由于试样体积有限，这种单纯颗粒重新排列过程引起的变形效应难以测出，所以堆石体的室内流变试验宏观上表现为变形迅速平稳。且受试验仪器的限制，室内试验难以对堆石细观组构进行动态观测。而新兴的模拟试验方法可以实时观察颗粒在加载过程中的滑移、旋转和破碎，方便地提取各个组构量，是研究堆石体长期变形的有效手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟堆石体长期变形的试验方法，该方法可模拟堆石料的长期变形这一复杂的、非线性演化问题，可以实时观察颗粒在加载过程中的滑移、旋转和破碎，方便地提取各个组构量，是研究堆石料长期变形的有效手段。

本发明模拟堆石体长期变形的试验方法，其步骤如下：

(1)根据室内三轴试验获取的堆石体等时应力应变曲线，建立强度劣化模型

(1.1)取样，对堆石体试样进行三轴试验，绘制等时应力应变曲线；

(1.1.1)试样安装；

(1.1.2)启动电动机，控制剪切应变速率，开始剪切；试样每产生一定的轴向应变，测计一次测力计读数和轴向变形值；

(1.1.3)当测力计读数出现峰值时，剪切继续进行，至超过5％的轴向应变为止；当测力计读数无峰值时，剪切进行到轴向应变为15％～20％；

(1.1.4)关闭电动机，拆除试样，整理数据，绘制等时应力应变曲线；

(1.2)根据等时应力应变曲线建立时间变化与堆石颗粒的强度、劣化程度、劣化速度之间的等量关系，得到以下公式：

f(τ)=f0(1-aττ+n)]]>

式中：f(τ)表示τ时刻的强度；f₀为瞬时强度；a为反映劣化程度的参数；n为反映强度劣化快慢的参数；

(2)三维堆石颗粒集合的随机模拟

(2.1)建立堆石颗粒随机模型

(2.1.1)按照颗粒级配曲线生成不等边椭球的半径

a＝r₁+(r₂-r₁)rand1

b＝r₁+(r₂-r₁)rand2

c＝r₁+(r₂-r₁)rand3

式中：a，b，c不等边椭球的三个极半轴的长度，r₁为某一粒径组的粒径下限，r₂为相应粒径组的粒径上限，rand1、rand2、rand3为区间[0，1]均匀分布上的独立随机数；

(2.1.2)在[n_min，n_max]之间均匀分布颗粒的顶点数：