胶凝砂砾石本构模型研究
胶凝砂砾石坝是近年来出现的一种新坝型，它是在碾压混凝土坝和堆石坝的基础上提出并发展起来的，它使用一种新的筑坝材料——胶凝砂砾石筑坝。胶凝砂砾石性能介于碾压混凝土与堆石料之间，与低等级混凝土和水泥土的性质比较接近，是一种特殊的新型工程材料。目前，国内外学者对胶凝砂砾石力学性能的研究还不够深入，仍然缺乏能准确描述其应力-应变关系的本构模型，不利于进行胶凝砂砾石坝的研究工作，制约了这项新型筑坝技术进一步发展。
本文在总结大量国内外试验资料的基础上，分析了胶凝砂砾石的应力-应变特点及其影响因素，探讨了现阶段已建立的几种胶凝砂砾石本构模型的优缺点，建立了适合胶凝砂砾石的新的本构模型。主要研究内容和结论如下:
1、介绍胶凝砂砾石坝的发展，并概述胶凝砂砾石本构模型的研究现状;
2、总结了大量国内外胶凝砂砾石的单轴和三轴试验成果，分析得出其应力-应变关系曲线可分为三个典型阶段:即线弹性阶段、非线性阶段和应变软化阶段。大体表现为在低应力水平下表现出线弹性性质，随应力增大逐步进入非线性阶段直至达到材料峰值强度;随后，应力随着应变的增长而降低，表现出明显的软化特征，最终趋近于材料的残余强度。同时得出，材料的应力-应变关系特性与围压、骨料级配、配合比、胶凝含量、砂率以及龄期等因素有关。
3、总结了胶凝砂砾石的本构模型研究现状，包括华北水利水电学院孙明权教授提出的虚加刚性弹簧法、河海大学蔡新通过参数回归建立的本构模型、中科院吴梦喜建立的“二元并联”本构模型及武汉大学何蕴龙提出的9参数模型，本文分析了以上各个模型的参数求取方法并利用相关三轴试验数据进行了模型验证，同时对这些本构模型的优缺点进行了分析和比较。
4、根据胶凝砂砾石的应力-应变特性并结合现有本构模型的优缺点，建立了适用于胶凝砂砾石的非线性K-G模型，该模型准确地反映了胶凝砂砾石的非线性、应变软化及剪胀性等特征。模型考虑了剪应力和平均主应力的影响，能适应平均主应力为常数、剪应力变化，平均主应力和剪应力同时变化等多种应力路径。模型各参数均可以通过三轴试验求取，计算式简明，方便应用。同时，利用该模型对胶凝砂砾石的应力-应变曲线进行预测并与试验资料进行对比，验证了该本构模型的合理和正确性。
胶凝砂砾石坝;本构模型;应力-应变;应变软化;剪胀性;筑坝材料;力学性能
华北水利水电大学
硕士
水工结构
孙明权
2013
中文
TV641
85
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）