岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (S1): 95-105.doi: 10.16285/j.rsm.2023.0792

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

干湿循环对不同粒径堆石颗粒破碎强度的影响研究

程家林1, 2,张贵科3,邓韶辉3,黄习文1,周伟1, 4, 5,马刚1, 4, 5   

  1. 1. 武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室,湖北 武汉 430072;2. 水电水利规划设计总院,北京 100120;3. 雅砻江流域水电开发有限公司,四川 成都 610065;4. 武汉大学 水工程科学研究院,湖北 武汉 430072;5. 武汉大学 水工岩石力学教育部重点实验室,湖北 武汉 430072
  • 收稿日期:2023-06-12 接受日期:2023-07-24 出版日期:2024-09-18 发布日期:2024-09-18
  • 通讯作者: 马刚,男,1985年生,博士,教授,主要从事堆石坝宏细观变形机理与变形预测方面的研究工作。E-mail: magang630@whu.edu.cn
  • 作者简介:程家林,男,1996年生,博士,主要从事蓄水及水位循环升降条件下心墙堆石坝变形特性与变形预测相关研究。E-mail: jialin_cheng@whu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目课题(No.2022YFC3005503);国家自然科学基金面上项目(No.52322907,No.52179141);中央高校基本科研业务费专项资金资助(No.2042023kfyq03);湖北省自然科学基金项目(No.2022CFD030)。

Effect of cyclic wetting-drying on the crushing strength of rockfill grains with different sizes

CHENG Jia-lin1, 2, ZHANG Gui-ke3, DENG Shao-hui3, HUANG Xi-wen1, ZHOU Wei1, 4, 5, MA Gang1, 4, 5   

  1. 1. State Key Laboratory of Water Resources Engineering and Management, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China; 2. China Renewable Energy Engineering Institute, Beijing 100120, China; 3. YaLong River Hydropower Development Co., Ltd., Chengdu, Sichuan 610065, China; 4. Institute of Water Engineering Science, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China; 5. Key Laboratory of Rock Mechanics in Hydraulic Structural Engineering of Ministry of Education, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China)
  • Received:2023-06-12 Accepted:2023-07-24 Online:2024-09-18 Published:2024-09-18
  • Supported by:
    This work was supported by the National Key R&D Program of China (2022YFC3005503), the General Program of National Natural Science Foundation of China (52322907, 52179141), the Fundamental Research Funds for the Central Universities (2042023kfyq03) and the Hubei Provincial Natural Science Foundation of China (2022CFD030).

摘要: 高心墙堆石坝在运行期库水位变化可达60 m以上,库水位变动范围内的堆石体受干湿循环作用易产生较大的后期变形,会导致坝顶出现纵向裂缝,影响高心墙堆石坝的安全稳定运行。干湿循环对堆石料长期劣化变形的影响已有大量的试验研究,然而干湿循环对不同粒径筑坝堆石颗粒破碎强度的影响研究相对较少。对不同粒径的板岩堆石颗粒进行了干湿循环作用后的单颗粒破碎试验,结果表明,板岩颗粒的荷载−位移曲线及其对应破碎模式可以分为4类,颗粒破碎时对应的峰值荷载和破碎强度均值随循环次数的增加而逐渐减小。不同粒径和循环次数下板岩颗粒的破碎强度均服从Weibull分布,特征破碎强度与循环次数间呈幂指数关系,表明板岩颗粒力学性质的劣化速度逐渐减慢。不同循环次数下板岩颗粒的特征破碎强度均有较为明显的尺寸效应,尺寸效应与循环次数呈负相关关系。

关键词: 筑坝堆石颗粒, 颗粒破碎, 干湿循环, 破碎强度, 尺寸效应

Abstract: The reservoir water level of a high earth core rockfill dam can fluctuate by over 60 m during operation. Rockfill materials in the zone affected by water level fluctuations may undergo significant deformation due to cyclic wetting-drying cycles, resulting in longitudinal cracks on the dam’s surface and impacting its safe operation. Extensive research has been conducted on the effect of cyclic wetting-drying on the long-term deformation and deterioration of rockfill materials. Nevertheless, there is a scarcity of studies on the cyclic wetting-drying behavior of rockfill grains of varying sizes. We conducted comprehensive single grain crushing tests on slate rock grains of various sizes subjected to different wetting-drying cycles. The findings indicate that the load-displacement curves and fragmentation patterns of slate rock grains can be categorized into four types. The peak loads for grain crushing and the average crushing strengths decrease with the increase of the number of cycles. The crushing strengths of slate rock grains of varying sizes exposed to different wetting-drying cycles conform to the Weibull distribution. A power exponential relationship exists between the characteristic crushing strengths and the number of cycles, suggesting a gradual slowdown in the deterioration of the mechanical properties of slate grains. The characteristic crushing strengths exhibit a clear size effect across different wetting-drying cycles, with this effect showing a negative correlation with the number of cycles.

Key words: rockfill grains, grain crushing, cyclic wetting-drying, crushing strength, size effect

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