中文摘要：

300m级面板坝无建成的工程实例可供参考，因此，本构模型合理与否是准确预测大坝工作性状的关键。高压力下堆石料的颗粒破碎问题、蓄水后应力方向偏转问题成为当前研究中的前沿课题。项目内容包括①通过不同应力路径下坝料大型三轴试验，获取应力应变数据；②寻找能合理描述堆石料宏观颗粒破碎行为的特征参量之间的关系式；采用渐近状态理论，将塑性硬化参量分为耦合硬化参量和非耦合硬化参量，得到包含与应力路径相关的影响项的总剪胀方程，建立渐近状态颗粒破碎本构新模型；③编写相应程序，并以水布垭坝原型观测数据验证新模型的工程实用性。模型新颖之处是既能描述堆石料颗粒破碎，又能描述复杂应力路径。能够合理反映堆石料的硬化、软化、临界状态、剪缩、剪胀、应力路径依赖性、渐近状态特性。成果可以大幅度提高300m级面板坝应力变形预测的准确性，为国家节省巨额工程投资。

结论摘要：

300m 级面板坝变形过大会导致安全问题，成为焦点问题。而粗粒料本构模型合理与否是准确预测大坝工作性状的关键。为此，究常三轴路径及复杂路径下的堆石料的颗粒破碎成为前沿科学问题，内容包括 ①对大三轴仪的改进。国产大三轴仪售价58万；国外试样为茶杯大小的静动三轴仪为100万以上。较低的制造成本决定了国产仪器细节处理上的不足。为此，从细节入手，更新了围压缸内壁涂料方式、大、小接头、脱气罐的结构型式、研制了装料击实器，增大了变形转感器量程。获批专利6项，为获取准确的试验数据打下基础。 ②（1）常三轴试验成功52个，包括233m高水布垭坝2.2t/m3的主堆石料8个、2.18t/m3 23个、垫层料4个、223.5m猴子岩坝料5个、细料多的200m高弃碴场料12个；(2)复杂应力路径试验成功5个。 ③基于大量试验数据，得到粗粒土如下应力变形规律:（1）临界状态时剪应力与平均应力的拟合关系采用直线优于幂函数。直线公式应为q=Mp+b，而不是常用的q=Mp。（2）临界状态孔隙比与平均主应力的对数呈直线关系。（3）堆石料的颗粒破碎率Br与围压呈直线关系。高围压作用下试样轴变达到一定值后，由于颗粒破碎剧烈，逐渐消除了装样后土骨架不同对破碎率Br的影响。（4）《土工试验规程》中公式得到三轴试验的剪应力-轴应变曲线、体应变-轴应变曲线上临界状态点不同，不符合临界状态二者相同的定义。为此对规程中公式做了修正尝试。（5）应用PFC3D颗粒流软件，从细观角度模拟了三轴试验结果，采用133个测量球体，初步获得了三轴数值试验的空间剪切面位置。 ④ 验证了Ueng的颗粒破碎能耗方程很好的适用于粗粒土。发现(1)高压力下初始剪切模量与围压的关系不再是经典邓肯-张模型中的指数型，而是以e为底的新公式 。(2)三轴剪切试验过程中的破碎耗能与轴向应变公式中，系数1/aEb 与围压的关系应为直线型，而不是已有文献中所用的指数型。 ⑤寻找描述堆石料宏观颗粒破碎特性的特征参量及相应关系式，引入状态相关参数，建立了一个适用于高压密堆石料的状态相关颗粒破碎弹塑性本构模型。 以上科学探索，有益于探求高压力、复杂应力路径下粗粒土的应力变形特性，有助于完善和发展高压力复杂应力路径下的粗粒土颗粒破碎本构模型。