[01577933]粗粒土力学特性三维测试关键技术与工程应用

项目团队历时二十余年,在国家科技支撑、国家自然科学基金和工程科研等项目的支持下,解决了能真实模拟复杂应力状态并测试土的力学性能的试验设备难题,提出了能合理反映粗粒土复杂力学特性的实用性本构模型。并应用于多个高土石坝工程实践,解决了工程建设中的相关技术难题。创新成果如下： （1）破解了土工三轴试验微摩擦加载技术难题。提出了将土工三轴试验中试样与加载板之间的接触由整体接触变为分散式接触、滑动摩擦变为滚动摩擦的减摩方法,使试样与加载板之间的摩擦系数由0.2降低至0.023;发明了土工常规三轴试验单向微摩擦荷载传力板和真三轴试验双向微摩擦荷载传力板。有效解决了消除土工三轴试验中刚性加载板与试样间因错动产生不可测量的摩擦力关键技术难题,实现了采用刚性加载板对试验试样的精准加载。 （2）研发了大型高精度土工真三轴试验设备与力学试验技术。发明了大尺寸（试样尺寸为300mm×300mm×600mm）、高压力（最小主应力达3MPa,大主应力达15MPa）、微摩擦（摩擦系数0.023）土工真三轴刚柔复合加载系统及按设定应力路径自动加载的高精度测控系统（外体变测量精度达到0.1mL）,攻克了大变形条件下三维无干扰的独立智能加载、变形过程中试样形心空间位置不变（位移精度达0.1mm）及三维轴向均匀加载等关键技术难题。研制了大型高压微摩擦土工真三轴仪,填补了国内外在大型土工真三轴试验技术领域的空白。 （3）提出了实用性本构模型与数值分析方法。揭示了粗粒土真实三维应力条件下的强度与变形的变化规律,首次验证了粗粒土最小能比系数为一常数的力学特性;构建了能反映粗粒土非线性、剪胀性的K-K-G本构模型。并基于亚弹性理论导出了三参量剪胀模型的刚度系数矩阵显式表达式,提出了相应的数值分析方法,研发了预测土石坝应力变形及分布规律的计算机软件,使得高土石坝应力与变形预测精度提高了20%~30%。