我国正处于工业化快速发展时期,冶金和火电是国家建设过程中的重要行业,这两大产业的建设发展对煤料、矿石料等工业原料需求量巨大。目前,国内主要采用条形料场来储备原料,挡料墙在条形料场中起到支挡堆料、分隔空间的作用。挡料墙为条形料场的主要构筑物,建筑体量之巨大,工程造价之高昂,在保证结构安全的条件下,合理优化支挡结构设计经济效益显著。由于条形料场填料、取料工艺的影响,挡料墙与常规边坡支护结构存在较大差异,主要体现为墙后有限范围填料、折线坡面、无黏性散粒料、填料过程堆料运动状态复杂等,无法直接采用经典土压力理论准确求解作用于挡料墙上的料压力。基于以上问题,本文针对矿石料、煤料两种常见堆料,采用室内模型试验,结合理论分析、数值模拟等研究方法开展条形料场挡料墙料压力研究。主要研究工作内容如下:(1)分析了无黏性散粒体堆料力学特性的复杂性,以及不同种类原料之间较大差异性。通过大型粗粒土直剪试验、筛分试验等一系列室内试验,测试石料、煤料两种堆料的物理力学性能参数,主要包括密度、休止角、颗粒级配、剪切性能,为后期条形料场挡料墙料压力研究提供基础数据支撑。(2)对比分析条形料场挡料墙与常规扶壁式挡土墙的结构差异,根据挡料墙横墙间距较大对纵墙中部约束较小的特点,将纵墙受力模型简化为平面应变问题考虑。通过对已有的特殊边坡土压力计算方法,提出了特殊情况下边坡土压力计算理论的研究方法。(3)基于挡料墙后滑楔体静力平衡原理,建立条形料场挡料墙料压力与墙后填土破裂角的函数关系,通过求极限得到条形料场挡料墙主动料压力的解析解。(4)以无黏性土无限长三棱柱自然堆积体为模型,计算堆积体内部任意一点的应力状态。将已有的计算模型与条形料场挡料墙静止料压力计算模型对比,提出计算条形料场挡料墙静止料压力的理论计算公式。(5)利用Abaqus有限元分析软件建立三维条形料场挡墙结构与堆料模型,合理选取计算参数,建立堆料与挡料墙之间的接触。考虑堆料与结构相互作用以及协调变形,得到三维状态下条形料场挡料墙所受料压力的分布特点,为室内模型试验的设计提供指导。(6)针对室内模型小料压力测试精度问题,改进了应变式微型土压力盒标定方法,标定了应变式微型土压力盒压力随应变变化的分段拟合函数。基于相似原理,设计条形料场挡料墙室内模型试验。首先进行常规水平坡顶面边坡与条形料场特殊坡形堆料试验,通过常规水平坡顶面边坡试验结果与现有理论计算结果比较,验证模型试验结果的可靠性。根据条形料场挡料墙功能需求,在试验过程中更换填料以及填料断面形式,得到石料、煤料、不同断面形式情况下模型挡料墙料压力分布。(7)通过对比理论计算、模型试验结果,提出条形料场挡料墙料压力计算方法。根据模型试验得到的料压力分布特点,对条形料场挡料墙的料压力分布形式做进一步调整,弥补理论计算方法中存在的缺陷,使理论计算方法能够较准确反映挡料墙实际受力情况。