堆石料常运用于水利、港口等基础工程的建设中,具有十分重要的工程应用价值。作为堆石坝的重要组成材料,堆石料具有许多优秀的工程特性,比如承载力高,压实性能好,透水性强,填筑密度大,沉陷变形小以及可就地取材等。随着堆石坝坝高和规模的扩大,对堆石料本身特性例如剪胀、颗粒破碎的研究就显得更加重要。为了建立起合理的堆石料本构模型,正确地分析堆石料本身的强度和变形特性并进行数值模拟,本文提出了堆石料三维多重机构边界面模型,与多组堆石料试验结果进行了数值模拟对比,具体的研究工作和成果如下。(1)堆石料的应力应变特性与材料的密度、压力等状态密切相关。针对堆石料的变形与强度非线性,在临界状态和边界面弹塑性理论框架内,建立了一个堆石料状态相关三维多重机构边界面模型。模型将复杂的宏观变形行为分解为一个宏观体应变机构和一系列空间分布的相互独立虚拟微观剪切机构。每个微观剪切机构包含3个方向的微观剪应力-应变关系和微观应力-剪胀关系。引入一个与密度、压力相关的状态参数,用以统一描述不同状态下堆石料的变形和强度特性。模型包含13个参数,多数具有明确的物理意义。对多组堆石料三轴压缩试验结果进行模拟计算,模型模拟值与试验结果吻合良好,说明模型能够较合理地预测堆石料的应力应变特性。(2)针对堆石料易发生颗粒破碎的特性,本文在堆石料三维多重机构边界面模型的基础上,从状态参量和过程参量两个方面考虑颗粒破碎对力学特性的影响。对多组不同密度和不同围压下的堆石料三轴试验数据进行了模拟,模型的模拟结果与试验结果大致吻合,模型能够合理地反映堆石料的颗粒破碎特性,而通过塑性功来考虑颗粒破碎的影响具有更好的适用性,可以模拟材料全荷载周期下的颗粒破碎和力学特性。