巨粒土颗粒破碎的声发射特征及与力学特性的关系

巨粒土广泛应用在大坝、公路、机场等填筑工程中，但目前尚缺乏具体规范作指导，导致各种工程病害时常发生，其重要原因在于目前对巨粒土力学特性缺乏足够的认识。针对巨粒土粒径大和易发生颗粒破碎的特点，课题主要从颗粒相互作用的角度，研究巨粒土颗粒破碎的声发射特征及与力学性质的相互关系。研究拟采用试验与理论分析相结合的方法进行，通过选取3类不同母岩的巨粒土，进行耦合声发射技术的大型压缩和大型三轴剪切等系列试验，测试出巨粒土应力-应变关系、受力变形到破坏全过程的声发射特征以及颗粒破碎率等指标，探讨巨粒土颗粒破碎声发射随着围压、级配、剪切速率、初始孔隙比等影响因素变化而变化的规律，并考察声发射特征与其力学性质之间的相互关系，进而寻求一种可描述巨粒土声发射特征的物理参量，并与力学参数之间建立某种定量关系，在此基础上建立可考虑颗粒破碎的巨粒土本构模型并进行验证。

巨粒土广泛应用在大坝、公路、机场等填筑工程中，但巨粒土具有粒径大与易颗粒破碎的特点，颗粒破碎直接改变了土体结构，影响土体的剪胀、内摩擦角、峰值强度、渗透系数等工程特性，易导致各种工程病害的发生。课题从颗粒相互作用的角度出发，通过声发射手段，重点研究了巨粒土颗粒破碎的声发射特性以及颗粒破碎对巨粒土力学性质的影响。通过对现有仪器的改造，研制加工了一套可在三轴压力室内监测三轴试验过程中声发射信号的耦合装置，然后利用该装置，进行了一系列的巨粒土耦合声发射的大型三轴压缩及剪切试验、颗粒分析试验等，通过对试验结果分析，初步揭示了粗粒料声发射细观机制及声发射信号变化规律；发现了粗粒料声发射的凯塞尔效应，并提出了采用累积能量作为Kaiser点识别参数；通过对Talbot函数进行局部修正，实现了对颗粒破碎造成的级配曲线变化进行定量描述；提出了相对破碎率密度的概念，建立了相对破碎率密度与塑性功之间的关系，求得了终止级配曲线公式；初步探讨了声发射能量与摩擦耗能和颗粒破碎耗能之间的一般关系；对Duncan-chang模型以及Rowe剪胀模型进行改进，建立了考虑颗粒破碎的巨粒土弹塑性本构模型并进行了验证。