堆石料缩尺方法的分形特性及缩尺效应研究

赵婷婷，周 伟，常晓林，马 刚，马 幸

（1.武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 430072；2.武汉大学 水工岩石力学教育部重点实验室，湖北 武汉 430072）

1 引言

堆石坝对地形地质条件适应性较强、设计理论成熟、具有经济效益好、施工方法简单且抗震性能好的特点。随着我国水利资源开发深度和广度的提高，在坝型选择方面，堆石坝经常被优先考虑。堆石料作为坝体填筑的主要材料，其工程特性参数的准确性也引起了广泛的关注。在实际工程中，坝体填筑材料的粒径一般为600～800 mm，也有一些实际工程采用大粒径填筑材料，粒径可以达到800～1 200 mm[1]。为了研究堆石料的性质，国内外学者进行了大量的现场和室内试验。受现有试验条件限制，室内试验常用的三轴仪直径只有300 mm，而土工试验规范规定试验土料颗粒粒径应小于1/5～1/6的试样直径[2]，也就是说室内试验的控制粒径为60 mm，与现场的实际粒径相差甚远。这种情况下，使得对实际堆石料级配进行缩尺成为一种必然。

国内外很多学者对缩尺效应的影响因素进行了研究，研究角度包括缩尺方法[3－4]、缩尺比例[5]、试样尺寸大小[6－11]、颗粒自身性质以及颗粒破碎[12]等；研究方法以室内试验方法为主[4－14]。数值模拟方法可以在人力、物力和时间方面弥补室内试验的不足，并且可以实时观测堆石料细观组构的演化过程[15－19]，是以室内试验为主的堆石料研究手段的有力补充。纵观整个研究过程可以发现，采用数值方法对级配缩尺方法的缩尺效应研究较少。……