摘要: 目前国内外已建有众多水库，且有研究发现，水库的运行会诱发滑坡等地质灾害，造成很大的经济损失，甚至是造成人员伤亡，因此，研究分析水库运行与库岸边坡变形之间的关系是非常有必要的。 通过研究分析发现，库水位的变化呈现周期性的变化。库水... 展开 目前国内外已建有众多水库，且有研究发现，水库的运行会诱发滑坡等地质灾害，造成很大的经济损失，甚至是造成人员伤亡，因此，研究分析水库运行与库岸边坡变形之间的关系是非常有必要的。 通过研究分析发现，库水位的变化呈现周期性的变化。库水位的周期性变化，对于库岸边坡土体而言，则是相当于周期加卸载作用。对于库岸边坡饱和土体，库水位上升时，土体内孔隙水压力上升，从而土体所受的有效应力减小；库水位下降时，则与之相反，因此可将其描述为等偏应力q条件下p循环应力路径。且从应力历史角度来分析的话，该部分土体表现为超固结性。并且库水位变化对边坡土体的影响主要表现为两个方面：一是不同应力状态，库岸边坡常年处于非等向受力状态，而位于不同深度的土体所受应力状态有所不同；二是周期加卸载循环的次数，即库水位变化的次数。因此，本文将充分考虑上述几个因素，并对土体进行相关的室内试验，从而研究分析库水位变化如何影响库岸边坡的力学特性。土体的力学特性，通常为应力与应变的关系，而本构模型则可以很好的描述这种关系。故而本文将结合试验分析结果，再与本构模型相结合，进而描述土体的力学特性规律。本文主要研究内容与结果描述如下： 1)剑桥模型是运用的最为广泛的弹塑性本构模型，该模型的物理参数少，且其物理意义明确。本文通过室内固结排水三轴试验，求解出剑桥模型的三个基本参数的值，即参数λ、κ、M对应的数值。并且通过库伦定律求解得到土的强度指标c、ψ，进而对值进行了验证，验证了此试验结果的正确性。 2)超固结统一硬化模型是在剑桥模型的基础上建立的本构模型，该模型能够描述土体的超固结性。本文将运用该模型对复杂应力路径下的土体力学特性进行分析预测，并与试验结果进行对比。 3)通过研究分析发现，库水位的变化对土体的力学特性有很大的影响。当循环加卸载作用次数一定时，随着循环加卸载的作用，土体的累积剪应变呈现台阶式变化，即整体上呈现上升的趋势，且剪应变增量在第一次循环过程中为最大，之后则是稳步增长；土体的累积体应变呈现波浪形的变化，且其变化趋势与有效球应力的增减路径呈现相反趋势。分析破坏阶段对应的相关曲线可以得知，当达到某一临界点时，土样的剪应变迅速增大，孔隙水压力骤降，此时土样发生破坏。将普通三轴固结排水试验的结果与循环加卸载作用试验的破坏阶段的试验结果进行对比分析，发现三轴固结排水试验破坏时对应的剪应变为15%，而循环加卸载作用下的试验破坏时对应的剪应变为4%-8%之间，相对而言，后者的剪应变要小得多。再从破坏时对应的应力比这一因素进行分析，三轴固结排水试验得出的临界破坏应力比 M=0.9159，后者则对应的临界破坏应力比远大于1.1。即后者土体的强度大于前者土体的强度。之后，再观察土体破坏时的实物图，三轴固结排水试验对应的试样呈现鼓胀破坏，循环加卸载作用对应的试样则有很明显的剪切面。改变循环加卸载作用的次数，研究发现循环加卸载的次数对最终减压屈服破坏时的应力比有很大影响。即循环次数的多少，会对土体的内部结果产生一定的影响，最终影响其力学强度。 4)通过超固结统一硬化模型对等偏应力q条件下p循环应力路径进行了预测分析，将其结果与试验数据结果进行对比分析，发现利用该模型能够预测出试样体积增大、出现明显剪胀的现象以及剪应变明显继续增大的趋势，与试验规律基本一致。但是预测剪应变的最大值和增大速率均比试验值要小，主要原因是该模型不能反映试样最终破坏时的结构损伤和实测孔压骤降现象。 5)在超固结统一硬化模型的基础之上，进行了一定的修正，得到扩展模型。由于试样的变形分为两个部分，弹性变形和塑性变形。并且两者分别与参数λ、κ有关，本构模型最初推导便是从固结过程中体积变化推导而来。因此，本文分析参数λ、κ在循环加卸载过程中的变化，并结合加卸载准则，从而对超固结统一硬化模型进行了修正。并利用其进行预测分析，与之前超固结统一硬化模型的预测结果进行对比分析。通过分析结果可知，在固结阶段，两种模型的预测结果重合；在循环加卸载阶段和减压屈服破坏阶段，原模型仅能模拟出剪应变和体变的周期性弹性变化，而采用扩展模型能够预测剪应变随加卸载次数逐渐增大的趋势，从而也证明了在循环加卸载过程中，塑性变形与再压缩曲线的斜率λn有着密切的联系；采用两种模型预测的体变不大，差距主要是由于扩展模型考虑了弹性范围内再加载过程中的塑性体变，亦说明超固结土的体变中弹性部分占据较大比例。 6)由于上述模型关于参数λ、κ的关系是从数学理论进行分析得到的，故而进一步从理论基础进行分析，参数λ、κ随着循环加卸载次数的变化。结合试验数据，从而分析得到了再压缩回弹曲线的斜率变化规律，并建立该曲线的模型，最终通过建立的模型来预测曲线趋势。经过验证，发现该模型能够很好的预测等向固结阶段中的体积变化。 收起