堆石料属于粗粒土的一种,广泛应用于高土石坝、铁路和公路路基、建筑物软弱地基和海港护岸等工程中。尤其在土石坝中,堆石料作为主要填筑材料用量巨大,其力学性质对维持大坝正常运行和安全起着关键性作用。堆石料具有应力路径相关性,而大多堆石料本构模型没有考虑应力路径因素的影响。邓肯-张模型根据围压不变的常规三轴试验应力路径建立,与坝体实际的应力路径不同,依据邓肯-张模型计算的坝体应力与变形与实测资料存在一定差别,已无法满足高土石坝设计要求。本文针对上述问题,进行了模拟大坝实际应力路径下堆石料本构关系的研究,主要内容如下:(1)对糯扎渡心墙堆石坝进行有限元数值计算,研究了坝体不同位置处的应力路径。结果表明,在施工期各点大小主应力基本按线性增加,呈等应力比加载路径,在蓄水期应力路径发生转折,呈复杂应力路径状态。此外还对不同位置处应力路径斜率的变化规律及影响因素做了分析。(2)介绍了模拟坝体填筑期的等应力比加载路径,以及蓄水期复杂应力路径的三轴固结排水试验。根据试验数据整理应力应变关系曲线,分析了堆石料在不同加载路径下的强度和变形特性。(3)基于模拟大坝实际应力路径的堆石料试验成果,介绍了一个新的堆石料本构模型。新模型构造简单,适于有限元数值计算,并可充分考虑应力路径因素。通过和试验曲线拟合对比,发现新模型可较好地描述大坝应力路径下堆石料的应力应变性质。(4)简化坝料分区并编制新模型的计算程序,采用两种方案对糯扎渡大坝进行了有限元数值计算。通过和邓肯-张E-B模型计算结果比较发现,新模型计算的坝体应力和心墙拱效应变化不大,但水平位移和沉降变形都有所减小,更加符合实测资料变化规律。新模型计算精度高,可较好地反映大坝应力路径下堆石料的变形特征。