《塊碎石填方體工後變形機理及數值模型研究》是依託清華大學，由宋二祥擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：塊碎石填方體工後變形機理及數值模型研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：宋二祥
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著我國經濟的持續發展，山地及重丘地區的高速公路、鐵路、機場、建築等工程日益增多，由此出現不少大土石方量的高填方地基。山區高填方地基穩定及變形分析中的突出難點之一就是這種大粒徑填方體強度及變形特性的模擬，特別是其工後變形特性的模擬。這是一個目前尚未較好解決而又有較大難度的基礎性課題。本項目擬在已有研究及數據積累的基礎上，綜合採用理論分析、室內大噸位三軸及壓縮等試驗、離散元數值模擬、現場實測以及依據實測數據對模型及參數反分析識別等方法，深入研究山區常見塊碎石填方體的強度及變形特性，特別是其蠕變、濕化變形及其相互耦合影響的規律，進而提出改進的、能夠較好描述塊碎石填方體強度及複雜變形特性的本構模型及相應的計算方法，為山區高填方地基的工後變形分析與控制提供理論支持，也對這種大粒徑填方體本構模型理論的發展作出貢獻。
結題摘要
針對山區塊碎石高填方地基穩定及變形分析這一既有理論意義又有實際工程需求的課題，本項目綜合採用理論分析、試驗實測、數值模擬等手段進行研究。首先對典型填料，一軟岩、一硬岩，進行了幾種不同應力路徑下的大三軸剪下試驗，還進行了兩種填料性質的對比，進行了風乾試樣與飽和試樣剪下特性的對比；用大型壓縮蠕變儀進行了典型填料的蠕變和反覆濕化變形試驗等，由此深入揭示了典型填料的力學性質。同時還嘗試採用顆粒流分析軟體PFC分析填料的力學性質，探索了套用顆粒力學方法對填方體力學性質進行數值模擬試驗的方法及可行性，也定性得到一些對山區高填方複雜填料力學性質的認識，作為前述試驗的有益補充。在上述試驗研究的基礎上，本項目針對塊碎石填料力學性質的模擬提出了一種改進的本構模型，能夠較好考慮其受剪過程中因顆粒破碎引起的諸多複雜性質，如剪脹性的變化、強度非線性等，還可考慮其蠕變和濕化變形以及二者的耦合。之後，將該本構模型植入有限元軟體，實現了實際工程問題的計算，並通過與現場實測對比對所提出的模型及算法進行了檢驗，展示了其合理可行性。此外，還針對高填方地基的工後沉降計算給出有新意的簡化算法，能夠考慮荷載變化情況下的蠕變以及與濕化變形的耦合。對高填方地基的穩定分析，本項目也研究建議了能夠考慮塊碎石高填方強度非線性等複雜性質的簡化分析方法以及相應的降低強度參數有限元法。上述成果具有不同程度的創新性。基於上述研究，本項目發表論文9篇，全部為核心期刊論文，其中6篇被EI收錄。還培養博士生、碩士生多名，其中已有2名博士生和2名碩士生順利通過答辯畢業並獲相應學位。此外，在上述研究過程中，本項目一方面依託昆明新機場的高填方地基工程進行實測研究，同時也把研究成果用於該工程，檢驗完善所提出計算模型的同時，也為工程提供參考，取得很好的社會經濟效益。正是由於上述工作，項目組綜合本項目和此前所完成項目的成果與其他單位有關同行聯合獲2012年教育部科技進步二等獎。
