《高應力作用下粗粒土細觀力學及壩工特性研究》是依託同濟大學，由周健擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高應力作用下粗粒土細觀力學及壩工特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周健
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
近年我國超高壩建設發展較快，對在高應力下粗粒土力學和壩工特性的研究引起較多學者的關注。本項目擬採用自主研發的試驗裝置及可視化細觀測試分析系統，利用多種試驗手段和數值模擬，從細觀層面入手、細巨觀相結合來研究在高應力作用下粗粒土細觀力學及壩工特性：（1）通過粒間接觸和流變試驗，建立高應力下粒間接觸模型和流變模型，結合離散元數值模擬揭示粒間接觸細巨觀力學之間的聯繫；（2）通過可視大型直剪試驗，揭示粗粒土的顆粒破碎演化規律和細觀力學機理；（3）通過可視離心機試驗，驗證粒間接觸模型和流變模型，揭示接近實際應力場條件下粗粒土破壞的細觀力學機理及與巨觀力學回響之間的內在聯繫；（4）結合實際工程，採用離散-連續混合數值方法，分析超高土石壩結構薄弱環節的細觀演化規律，從細觀角度揭示超高土石壩破壞過程的力學機理。本研究可為高應力下粗粒土的深入研究提供細觀力學基礎，為超高土石壩工程性能的分析和評價提供理論依據。
結題摘要
近年我國超高壩建設發展較快，對在高應力下粗粒土力學和壩工特性的研究引起較多學者的關注。本項目在課題組前期研究的基礎上，利用自主研發的試驗裝置及可視化細觀測試分析系統，進行了室內高應力顆粒接觸試驗和離心機模型試驗，並結合離散元數值模擬，從細觀層面入手、細巨觀相結合系統研究了在高應力作用下粗粒土細觀力學及壩工特性。通過粒間接觸和流變試驗，揭示了粗粒土顆粒接觸特性的力學機理，發現板岩和石膏的法向接觸剛度值相差4倍，球-面接觸試驗的法向接觸剛度是球-球接觸試驗的法向接觸剛度的1.7倍。建立了彈性核尺寸與球形顆粒材料力學性質和顆粒尺寸相關的經驗公式。建立了球形顆粒球-球法向接觸破碎準則和石膏顆粒三點接觸下顆粒破碎強度準則。建立了高應力下粒間接觸模型和流變模型，結合離散元數值模擬揭示了粒間接觸細巨觀力學之間的聯繫，實現了對顆粒內部破碎的細觀過程和彈性核發展過程的觀測。通過可視大型直剪試驗，揭示了粗粒土的顆粒破碎演化規律和細觀力學機理。通過對大型直剪數值試驗中顆粒的細觀運動規律進行分析發現，在剪下過程中剪下帶的形成與發展並不是嚴格按照上下盒之間的剪下縫展開，而是沿著向上突起的拱形滑動面發展。通過可視離心機試驗，驗證了粒間接觸模型和流變模型，揭示了接近實際應力場條件下粗粒土破壞的細觀力學機理及與巨觀力學回響之間的內在聯繫。通過對不同粒徑大小的粗粒土壩體，在不同離心加速度下進行模型試驗，發現離心加速度對於粗粒土的粒徑具有明顯的放大作用。本課題從粗粒土顆粒接觸角度研究顆粒破碎的力學機理，開闢了研究粗粒土顆粒破碎的新途徑，不僅為高應力下粗粒土的深入研究提供了細觀力學基礎，也為超高土石壩工程性能的分析提供理論依據。本項目組已獲得國家實用新型專利一項，發表學術論文9篇，其中SCI、EI論文8篇。
