渗流作用下砾石土防渗料的流变性质研究

心墙拱效应引起的裂缝和坝坡稳定性是高心墙堆石坝设计和运行的重点控制因素。在以往的设计中，多采用施工、蓄水初期变形和筑坝料的瞬时强度（短期试验得到的强度）作为设计依据，而没有深入研究砾石土防渗料的流变性质。本项目首先利用大型高压三轴仪进行砾石土防渗料的三轴蠕变试验，结合数字图像技术，研究砾石土防渗料宏细观流变机理，分析影响其流变性质的各主要因素及其相互关系，建立包含砾石含量、应力水平、围压等主要影响因素的流变规律、流变方程和长期强度；其次，利用双向加载大型渗透仪模拟砾石土防渗料真实工作状态，进行渗流作用下砾石土防渗料的蠕变试验，结合细观观测技术，分析渗流水对砾石土防渗料的损伤机理，获得损伤流变规律，建立砾石土防渗料在真实工作状态下的损伤流变方程；最后，通过一具体工程分析砾石土防渗料流变性对心墙拱效应和坝坡长期稳定性的影响。研究成果可为高土石坝工程设计和运行提供基础理论和科学依据。

针对高心墙堆石坝砾石土心墙防渗料的流变将增大心墙拱效应这一重要问题，本项目系统研究砾石土防渗料的流变性质和流变机理。利用自行改装的三轴流变仪进行了砾石土防渗料的三轴蠕变试验、应变速率效应试验和堆石料的三轴蠕变试验，试验中主要考虑围压、应力水平和砾石含量的影响。结果表明砾石土的流变是砾石和细粒黏土共同作用的结果，随砾石含量的增加砾逐渐起控制作用；应变速率效应是剪切生成的孔隙水压力和土料本身黏滞性共同作用的结果；颗粒材料的轴向蠕变和体积蠕变皆与相对颗粒破碎指数近似呈线性比例关系。对砾石土防渗料建立了三参数经验蠕变模型，进行了不考虑和考虑砾石土防渗料流变性的高心墙堆石坝应力变形场的数值模拟，表明考虑砾石土防渗料的流变性后，心墙拱效应将增大。研究成果将为高心墙堆石坝的设计施工提供理论依据，亦丰富了介于砾和黏土之间的砾石土流变性质方面的成果。