堆石坝在大坝填筑和蓄水运行过程中，堆石料颗粒破碎会引起流变变形，且流变变形会持续数年甚至数十年之久。目前，一般选用元件模型[1-2]或经验流变模型[3]来反映堆石料的长期变形特性，其中又以经验流变模型为主。沈珠江[3]最早开展了堆石料流变试验的研究，基于西北口灰岩堆石料试验结果提出了3参数经验流变模型，该模型将体积流变量和剪切流变量分开考虑，模型中假定体积流变量仅与围压有关，剪切流变量仅与应力水平有关，同时采用指数函数描述流变速率的衰减过程。后续研究者对该模型进行了各种形式的修正，如郭兴文等[4]依据水布垭面板堆石坝灰岩堆石料在围压较高时体积流变量呈非线性增长的特性，提出了修正形式的3参数经验流变模型；李国英等[5]、米占宽[6]针对糯扎渡心墙堆石坝筑坝所用砂岩和泥质砂岩的堆石料流变试验结果，考虑了围压和剪应力对体积流变的综合影响，提出了包含剪应力相关项的6参数和7参数流变模型；李海芳等[7]，于浩等[8]基于九甸峡主堆石料的流变试验结果提出了幂函数形式的7参数流变模型；程展林等[9]、左永振等[10]，周伟等[11]，Zhou等[12-13]基于水布垭面板堆石坝灰岩流变试验结果，提出了9参数幂函数流变模型；王海俊等[14-15]提出了基于双曲线型流变速率衰减的4参数流变模型；Fu等[16-17]考虑了体积流变量与平均主应力和应力比的关系，提出了8参数流变模型；黄耀英等[18]认为单指数形式的经验流变模型难以准确描述流变速率的衰减过程，提出了组合形式的3参数流变模型。鉴于经验流变模型表达形式简单，在采用有限元法进行数值分析时可采用初应变法，易于编程实现且可以与现有的瞬变模型结合[16-17, 19-26]，因此在土石坝、高填方路基等工程的流变分析中得到了广泛应用。
堆石体的流变在宏观上表现为高接触应力-颗粒破碎和颗粒重新排列-应力释放、调整和转移的循环过程，期间伴随着能量耗散，经验流变模型只是从量值上反映了堆石料的流变变形，而没有阐释堆石料发生流变的机理。对红石岩堰塞料开展了大型三轴压缩和流变试验，分析了流变过程中的能量耗散，提出了基于颗粒破碎耗能的堆石料流变模型，与现有的经验流变模型相比，本文提出的流变模型不仅反映了流变变形的机理，而且具有参数少、物理意义明确等优点。
针对红石岩堰塞坝堆石料开展了三轴压缩试验和流变变形试验，同时分析了花岗岩堆石料、砂岩堆石料、砂砾料等不同类型堆石料的流变试验成果，得到3点结论。
（1）分析了流变应变能与围压和应力比的相关关系，发现固结流变应变能与围压之间关系可采用幂函数的形式表达，以及流变应变能和固结流变应变能的比值与应力比呈非线性相关关系，据此给出了流变应变能的表达式。
（2）分析了流变过程中体积应变与轴向应变的相关关系，发现不同围压和不同应力水平下流变过程中体积流变均表现为剪缩，且切线体积比保持不变，且应力水平为0时剪胀比为无穷大，随着应力水平的提高剪胀比逐渐降低。
（3）在上述研究的基础上，基于考虑颗粒破碎耗能的ROWE剪胀方程，推导得到了最终体积流变和剪切流变的表达式，与现有的经验流变模型相比，本文提出的流变模型反映了堆石料的流变机理，具有较大的理论价值，且在进行数值分析时仍可采用初应变法，易于编程实现，具有较大的推广价值。
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《岩土工程学报》2024年第6期全文阅读
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