科技成果

2018年度重庆市自然科学奖一等奖

成果简介

我国粗粒土分布广泛，在强震、高应力等复杂应力条件下，高土石坝、高边坡和岛礁工程中，粗粒土易产生颗粒破碎，导致其级配发生改变并伴随能量耗散，从而引起边坡及坝体变形失稳破坏。研究粗粒土在颗粒破碎情况下的本构模型以及评价工程安全稳定是目前粗粒土研究的热点问题。本项目以国家自然科学基金重点项目、国家杰出青年科学基金项目等为依托，历时十余年研究，建立了粗粒土颗粒破碎机理与塑性本构理论。主要取得的科学发现点如下：

（1）针对传统强度理论无法描述粗粒土的颗粒破碎、各向异性、尺寸效应等问题，建立了粗粒土三维统一非线性强度理论。该强度理论能够准确地模拟粗粒土因颗粒破碎所导致的偏平面及子午面上非线性的强度特征；能够合理地反映粗粒土因自重产生的横观各向同性的强度特征；能够准确地模拟粗粒土复杂的各向异性的强度特征；还能够合理地反映粗粒土三维尺寸效应的强度特征。

（2）提出考虑中主应力影响的粗粒土三维边界面本构理论。试验表明，粗粒土剪胀特性与中主应力系数相关，据此提出了考虑中主应力影响的粗粒土三维应力-剪胀方程。针对传统本构模型无法描述中主应力对应力变形影响的问题，建立了考虑中主应力影响的粗粒土三维边界面本构模型。在边界面理论框架下，建立了屈服面与边界面的演化规律，获得了应力变形特征。

（3）提出颗粒破碎影响的状态相关塑性本构理论。试验发现粗粒土颗粒破碎会导致颗粒级配发生变化，细颗粒填充粗颗粒孔隙，进而使得临界状态线发生移动，并伴随能量散耗，因此，提出了考虑颗粒破碎的三维临界状态面及临界状态理论。粗粒土在压缩和剪切作用下，颗粒破碎，并具有状态相关性，因此，提出了考虑颗粒破碎的应力-孔隙耦合状态方程。根据所提出的考虑颗粒破碎三维临界状态面，建立了考虑颗粒破碎影响的状态相关塑性理论。