软岩料受外部环境因素影响易造成颗粒劣化，产生显著的劣化变形，是高堆石坝长期变形的重要组成部分，不利于高堆石坝长期运行安全。因此，本项目针对软岩料劣化效应及本构模型问题，主要研究内容包括软岩堆石料颗粒劣化效应研究，反映颗粒劣化效应的软岩堆石料黏弹塑性本构模型构建，利用软岩堆石料构筑的高堆石坝长期变形演化规律研究。 取得的研究成果主要包括：（1）通过分析劣化试验资料，得到了颗粒劣化破碎、轴向变形和体积变形的变化规律，揭示了软岩堆石料劣化变形机制，建立了劣化变形流动准则，基于选定的颗粒强度参量，建立了软岩堆石料颗粒劣化模型；（2）构建了可统一考虑加载与劣化效应的软岩堆石料黏弹塑性本构模型，基于ABAQUS有限元软件开发了软岩堆石料黏弹塑性本构模型的UMAT子程序；（3）基于建立的本构模型分析了高堆石坝长期变形特性，揭示高堆石坝长期变形演化规律，提出了软岩堆石 料布置原则。 结合本项目的研究，共发表论文5篇，其中SCI收录2篇，已录用论文2篇；培养博士后1名，项目负责人入选第四届中国科协青年人才托举工程。 本项目的研究成果对定量预测利用软岩料构筑的高堆石坝长期变形具有重要意义，可为软岩堆石坝设计提供理论依据和技术支撑。 2100433B

为保护生态环境，节省工程投资，越来越多的高堆石坝利用分布广泛的软岩料筑坝。但软岩料受外部环境因素影响易造成颗粒劣化，产生显著的劣化变形，是高堆石坝长期变形的重要组成部分，不利于高堆石坝安全运行。本项目针对软岩料劣化效应及本构模型问题，通过分析劣化试验资料，开展软岩堆石料颗粒强度衰减特性和劣化变形规律研究，建立颗粒劣化模型，并基于广义塑形理论构建可合理反映颗粒劣化效应的黏弹塑性本构模型，结合高堆石坝原型观测资料分析验证本构模型的合理性；开发黏弹塑性有限元计算程序，分析环境因素作用下颗粒劣化效应对高堆石坝长期变形特性的影响，揭示高堆石坝长期变形演化规律，并提出软岩堆石料适宜布置范围。研究成果将为利用软岩料构筑的高堆石坝长期变形预测提供理论依据和技术支撑，具有重要的理论意义和工程应用价值。

随着煤炭资源开采不断向深部发展，冻结法凿井穿越表土层厚度不断加大，传统冻土力学理论已不适用于深层冻结壁稳定性评价。为揭示深厚表土冻结壁变形破坏的力学机制，发展和完善深部冻土力学基础理论，本项目拟采用宏、细微观相结合的方法，研究开挖卸荷作用下深部冻土的黏弹塑性损伤本构模型及其工程应用。具体内容包括：开展卸载过程及卸载后蠕变阶段深部冻土的细观损伤CT实时试验，定量研究深部冻土细微观损伤演化与宏观力学行为之间的联系, 建立符合实际的损伤演化方程；研究深部冻土的卸载屈服特征与黏塑性流动轨迹，基于损伤能量等效性假设，构建卸荷条件下冻土的广义黏弹塑性损伤本构关系；采用应力空间变换的方法将本构关系拓展到复杂应力状态，建立深部冻结壁稳定性分析力学模型。通过开展本研究，对于揭示深部冻结壁的变形破坏机理具有重要意义，并为冻结壁的优化设计与支护方式的改进提供理论依据。

胶凝砂砾石料（胶凝堆石料）作为胶凝砂砾石坝的筑坝材料，其力学特性相关研究较少，一直是科研工作者需努力解决的问题之一。为了更系统深入地研究胶凝砂砾石料的力学特性并在此基础上提出合理的弹塑性本构模型，首先进行了不同胶凝掺量的大三轴系列试验，胶凝砂砾石料强度变形特性分析验证了胶凝掺量60kg/m3-100kg/m3的胶凝砂砾石料更适用于胶凝砂砾石坝的实际工程。随后选取胶凝掺量60kg/m3的胶凝砂砾石料试验结果，得出了胶凝砂砾石料的弹性参数，构造出适用于胶凝砂砾石料的剪切屈服面与体积屈服面方程，建立了适用于胶凝砂砾石料的弹塑性本构模型且利用多组试验结果模型计算结果进行对比，验证新的胶凝砂砾石料弹塑性本构模型的通用性与合理性。同时进行胶凝砂砾石坝离心模型试验研究。最后进行了胶凝砂砾石坝的工作性态研究。上述研究成果为胶凝砂砾石坝的推广与应用提供了参考。 2100433B

本项目以地质孔隙材料为对象，深入研究、讨论了三类热力学公设在地质类材料性能研究中的应用，发展了细观力学，采用耗散塑性理论，研究了在考虑微观结构特性和摩擦机制的弹塑性性质、本构关系和屈服特性。 首先，考虑到岩土材料通常含有大量性质不同的夹杂，而传统细观力学还没有有效方法预测这类材料的宏观剪切模量，本项目提出了基于广义自洽模型的迭代方案，并发展了相关的代码，可以准确快速地给出含有大量性质不同夹杂的岩土材料的有效剪切模量，同时给出对应的体积模量。 其次，目前还没有有效考虑岩土材料孔隙连通特性的细观力学方法。本项目针对开孔连通孔隙介质建立了一个新的细观力学模型及系统的细观力学方法，推导得到的有效模量表达式与金属泡沫类型的孔隙材料及地质孔隙材料的实验结果有很好程度的吻合。 第三，由于孔隙材料具有很大的比表面积，表界面效应对孔隙材料的性质影响很大，本项目在黄筑平教授所提出的界面能理论的基础上，提出了一套系统研究考虑界面影响的复合材料有效力学和热学性能的方法，并应用于预测孔隙材料的有效力学和热学性能。 第四，针对岩土材料屈服性质受静水压影响的特性，将变分方法推广应用到基体塑性可压的孔隙材料，建立了非线性本构关系和屈服面的表达式，所得结果能够反映基体塑性可压的特性，并考虑了含水量及孔隙压力的影响。 最后，研究了经典塑性理论与耗散塑性理论之间的关系，利用热力学方法，提出了一个通用的自由能函数表达式，可以应用于模量随应力变化的地质材料（金属材料模量不变的情况是其特例）；进一步，由耗散塑性理论出发，推导了考虑摩擦耗散机制的屈服函数。 该屈服函数保证了外凸性质，且应用范围更广。 2100433B