土石坝的动态反应：离心机模型试验与数值模拟

为评估LIQCA程序是否能合理分析台湾仁义潭土石坝在地震时的反应,进行3个土石坝离心机模型试验,并对相同的土石坝与振动历时进行LIQCA动态数值分析。通过动态数值分析与离心机模型试验结果,探讨土石坝受震时超孔隙水压力的激增以及土体加速度在坝体不同填土区的变化,并评估LIQCA程序耦合在仿真土石坝受震时的可靠性。     

大坝观测与土工测试

2000年第4期 题目　土石坝施工期的孔隙压力观测 ——关于《土石坝安全监测技术规范SL60-94》的讨论意见 作者　司洪洋(南京水利科学研究院　南京　210024) 摘要　简要讨论了土石坝施工期心墙孔隙压力的观测,非饱和土孔隙压力和成分与性质,孔隙气压力与孔隙水压力的观测,以及几个有代表性工程孔隙压力观测结果的评识,最后就土石坝施工期孔隙压力的观测提出见解和建议。     

基于不同桩体加固模式的液化土动力特性分析

通过不同桩体加固液化土模型振动台试验,传感器采集的试验数据整理分析,探讨不同加固方式不同埋深处的孔隙水压力、土压力以及加速度的变化规律,得出碎石桩具有很好的消散孔隙水压力和挤密土体的作用,水泥土桩可以有效分担水平地震力。     

某土石坝渗流稳定性分析

建立了二维稳定渗流的有限元表达,对某土石坝进行了渗流分析,计算结果显示渗流会对土石坝的稳定性带来不利的影响,水库蓄水后,通过土石坝的坝体或坝基以及水库的周围岩体不断地产生渗流,渗流产生的孔隙水压力和扬压力,在设计和施工不当时会造成渗流破坏和降低抗剪强度等有损坝体稳定的现象。     

土坝地震附加孔隙水压力计入方法的探讨

根据土坝的土体中孔隙水压力和有效应力与外加压力的相互关系,对地震附加孔隙水压力的产生进行了研究,从抗剪强度指标的试验方法和选取入手,分析了滑动体上作用的地震附加孔隙水压力与地震力分量的关系,提出了对地震附加孔隙水压力计入方法的计算公式。     

人工边界在土石坝地震动力响应中的应用

针对土石坝地震动力响应问题,为了吸收有限域边界处的外行波动能量,需要在模型中施加粘性边界;为了使分析结果更为可靠和合理,引入自由场和粘性边界共同作用的叠加边界。在此基础上,对土石坝进行了详细的动力分析。结果表明,在地震力作用下,土石坝动力响应值对动力输入有可观的放大作用,并且水平地震力是主要的动力输入,在工程上应当慎重考虑。     

土体水力滞后对土石坝初次蓄水渗流场的影响

在土石坝的蓄水过程中,坝料的持水特性和渗透函数的不同会对坝体渗流场产生很大的影响。因此,对土坡的降雨入渗和土石坝的蓄水渗流场的分析应采用土-水特征吸湿曲线及相应的渗透函数。基于砾石土料的土-水特征曲线的实测结果,采用饱和-非饱和渗流有限元方法对不同程度各向异性的均质土坝初次蓄水过程中由脱湿和吸湿曲线计算所得的渗流场进行对比分析,探讨采用脱湿曲线代替吸湿曲线计算带来的影响。结果表明由脱湿曲线计算的孔隙水压力和体积含水率均明显高于由吸湿曲线计算的结果,渗透性的各向异性程度对坝体中的水力滞后性无明显影响。因此,在入渗分析时若采用脱湿曲线取代吸湿曲线会高估坝体中的孔隙水压力和含水率,低估非饱和区的吸力。     

深厚覆盖层上高土石坝的动力稳定分析

在高地震烈度区修建深厚覆盖层上的高土石坝面临许多新问题,如大坝的动力稳定、坝基液化问题等。以直粘土心墙及坝基截渗墙土石坝为例,采用三维动力固结有限元方法,研究强震区深厚覆盖层上的高土石坝的动力稳定问题。三维动力固结有限元程序以动力固结方程为基础,采用能够反应土体非线性、滞后性以及不可恢复性动变形特性的拟等效弹塑性本构模型,放弃了动孔压上升模式,在震动全过程中跟踪孔隙水压力产生、扩散和消散的发展变化,实现了动力渗流与动力反应分析的真正耦合,可较好地反映土体在地震过程中的实际性态,避免了动本构模型与动孔压模型有时难以合理搭配的问题。计算结果表明,深厚覆盖层上修筑的直心墙土石坝的静应力和静位移均较大,但它的动应力、动位移及加速度的反应值却均较小,且坝底的孔压比也较小,可满足稳定性要求。     

土石坝防渗流技术措施探讨

1土石坝渗流原因 由于填筑土石坝的土料和坝基的砂砾是散粒体结构,颗粒间存在大量的孔隙,具有一定的透水性,水库蓄水后,在水压力的作用下,水流必然会沿着坝身土料、坝基土体、坝端两岸地基中的孔隙渗向下游,造成坝身、坝基和绕坝的渗漏.若渗流在设计控制之下,大坝任何部位的土体都不会产生渗透破坏,则为正常渗流,渗流量在规范许可的范围内,表现为稳定的渗流状态,一般不会对坝体造成较大的危害,此时渗流量一般较小,水质清澈透明,不含土壤颗粒.     

基于硅压阻式传感器的静压桩贯入模型桩土界面应力测试

静压桩贯入时要求传感器具备高灵敏度和准确性,还要求其动态频响高、测量范围宽及尺寸小。针对静压桩贯入模型试验,采用硅压阻式土压力和孔隙水压力传感器分别记录贯入过程中在桩土界面产生的侧压力和孔隙水压力,并对测试结果进行分析。结果表明:硅压阻式传感器适用于静压桩贯入模型试验,可以准确测试桩土界面侧压力和孔隙水压力随贯入深度的变化规律。     

静孔隙水压力与超静孔隙水压力——兼与陈愈炯先生讨论

土中的孔隙水压力是土力学的基本概念,也是饱和土体有效应力原理和渗流固结理论的基础。本文认为静止的地下水中和稳定渗流场中土中孔隙水压力均属于静孔隙水压力,而超静孔隙水压力是由于外部作用或者边界条件变化在土体中引起的,不同于静孔隙水压力的那部分孔隙水压力,在有排水条件下,它将逐渐消散,并在消散过程中伴随土体的体积变化。文中也针对一些例子进行了讨论。     

基于能量法的尾矿土动孔压模型研究

通过应力控制式动三轴不排水循环剪切试验,对饱和尾矿土在循环应力比、轴–径向固结应力比等因素下孔隙水压力与累积能量耗散关系进行研究。研究结果表明孔隙水压力增长与塑性应变累积能量耗散和土体黏滞累积能量耗散密切相关。当循环应力比cR介于0.205~0.238、轴–径向固结应力比cK介于1.0~1.3时,孔隙水压力–能量之间存在临界状态。通过非线性回归分析初步建立了循环应力比和轴–径向固结应力比条件下饱和尾矿土的孔隙水压力能量模型,从变化机理上阐述孔隙水压力的变化规律并消除了周次的不确定性对于孔隙水压力模型的影响,对预测循环荷载作用下饱和土的孔隙水压力具有借鉴意义。     

动力打桩过程中饱和黏土地基的响应

用有限元法首次模拟了将桩锤击打入饱和黏土地基的全过程,得到地基在打桩过程中的反应规律。根据计算结果,确定打桩对地基的影响范围,并阐明地基中一点的超孔隙水压力随打桩过程的变化特性。对一定的深度,打桩引起的超孔隙水压力在径向关于桩径有很好的无量纲化特性,用桩径无量纲化后,不同桩径下计算的最大超孔隙水压力径向分布基本重合在一起。在半对数坐标中,最大超孔隙水压力与离桩心的距离近似为直线关系。有限元计算的超孔隙水压力也分别和圆柱孔扩张理论计算结果与现场实际测量结果进行了对比,有限元计算结果和实际测量结果一致,而圆柱孔扩张理论得出的超孔隙水压力分布与实际测量结果有较大差别,其主要原因是有限元分析完整地模拟了打桩过程中桩对土的动态横向挤压和竖向剪切作用,而圆柱孔扩张理论则忽略了打桩过程中桩周土所受的较大竖向剪力。     

“12·20”深圳滑坡动态模拟

将深圳滑坡堆填渣土近似视为饱和土,考虑快速填筑效应,假定填筑高度在填筑过程中随时间线性增大,由一维固结理论推导出由于快速加载引起的土体内超静孔隙水压力分布,同时根据修正剑桥模型考虑填土剪缩效应对超静孔隙水压力的影响。总孔隙水压力为静水压力、快速加载和剪缩引起的超静孔隙水压力三部分之和,从而由总应力得到余泥渣土失稳时的有效应力,进而由有效内摩擦角得到其剪切强度。再将快速滑出过程看作不排水条件下的破坏,利用推导出的填土不排水强度,采用可以有效模拟超大变形问题的物质点法对深圳滑坡的全过程进行了动态模拟,并研究了滑坡体对建筑物的破坏作用。模拟结果表明该模型能较好解释深圳滑坡中滑动土体高速远程输送特征。     

瀑布沟堆石坝砾石土心墙施工期孔隙水压力特征与分析

 土石坝施工期孔隙水压力长消过程十分复杂,以瀑布沟心墙监测资料为基础,分析施工期砾石土心墙的孔隙水压力特征及其形成机制,并与小浪底坝和鲁布革坝监测资料进行对比分析。研究结果表明：瀑布沟心墙施工期孔隙水压力长消主要有4种模式,即滞后响应型、即时响应型I、即时响应型II、不响应型;即时响应型II是最主要的长消模式;渗压计响应滞后的实质是渗压计周围土料从非饱和状态过渡到饱和状态的过程;渗透系数是影响渗压计是否滞后的决定性因素;即时响应型I长消模式是心墙局部含水量偏高的结果,施工过程中应尽量使心墙含水量均匀,避免产生即时响应型I长消模式;填筑速率对滞后响应型和即时响应型II孔隙水压力的长消影响显著,而对即时响应型I孔隙水压力长消影响不显著。因此,设计和研究砾石土心墙坝应高度重视砾石土的不均质性。     

作用在柔性支护结构上的水及土压力的分析与探讨

大量的实测结果表明,经典理论计算出的水土压力值与工程实测存在着很大的差别,在软土地区尤为明显。本文通过对基坑工程的实测水土压力、孔隙水压力和地下水位的分析,阐述了基坑外侧水土压力、土压力、孔隙水压力随工况、时间的变化规律,给出了开挖、降水后基坑底面以上的土压力系数估算公式,基坑开挖前的孔隙水压力系数估算公式。通过分析认为有效应力原理同样适用于粘性土,从理论上来讲软土地区也宜采用水土分算,但考虑到孔隙水及土压力随时间、工况不断发生变化,精确计算十分困难,在综合考虑影响水土压力的各种因素后,给出了作用在支护结构上的水土压力合算经验公式。     

“12·20”深圳滑坡动态模拟

将深圳滑坡堆填渣土近似视为饱和土,考虑快速填筑效应,假定填筑高度在填筑过程中随时间线性增大,由一维固结理论推导出由于快速加载引起的土体内超静孔隙水压力分布,同时根据修正剑桥模型考虑填土剪缩效应对超静孔隙水压力的影响。总孔隙水压力为静水压力、快速加载和剪缩引起的超静孔隙水压力三部分之和,从而由总应力得到余泥渣土失稳时的有效应力,进而由有效内摩擦角得到其剪切强度。再将快速滑出过程看作不排水条件下的破坏,利用推导出的填土不排水强度,采用可以有效模拟超大变形问题的物质点法对深圳滑坡的全过程进行了动态模拟,并研究了滑坡体对建筑物的破坏作用。模拟结果表明该模型能较好解释深圳滑坡中滑动土体高速远程输送特征。     

软土地基孔隙水压力性状理论的研究

为了研究软土地基正常固结饱和粘性土孔隙水压力性状,利用重塑饱和粘性土探讨了固结不排水三轴试验中孔隙水压力表达式,由有效路径唯一性提出了一个适于不同总应力路径的孔隙水压力方程,反映了土的非线性应力应变特性。     

地震荷载作用下海底管线周围砂质海床 的稳定性分析

地震荷载作用下海床液化是海底管线失稳的主要原因之一.建立地震荷载作用下海底管线周围砂质海床液化问题的有限元模型,利用先进的土工静力-动力液压三轴-扭剪多功能剪切仪,将在不排水循环扭剪试验条件下得到的孔隙水压力增长模式作为考虑地震循环作用所引起的孔隙水压力源项引入到二维动力固结方程中,基于有限元方法对推广的固结方程进行数值求解,得到地震荷载作用下砂质海床中累积孔隙水压力的发展过程与变化规律.通过变动参数计算研究砂质海床土性参数和管线几何尺寸对由地震所引起的管线周围海床中累积孔隙水压力分布的影响,进一步对管线周围砂质海床的液化势进行评判.通过计算分析发现,土的渗透系数对由地震所引起的管线周围砂质海床中的累积孔隙水压力比具有显著影响,而管线半径只影响管线周围海床的累积孔隙水压力比分布,在离开管线一定距离之外,其影响可以忽略.     

库水作用下库岸边坡红土的侵蚀模型试验研究

库水位的升降变化会引起库岸边坡红土的侵蚀。本文采用室内边坡模型试验和浸泡试验的方法,研究库水作用下库岸边坡红土侵蚀过程中的颗粒迁移、土压力、孔隙水压力的变化及其对应的抗剪强度和渗透性的变化情况。试验结果表明:在相同库水位下,边坡红土颗粒迁移现象不明显,库水位以下的土压力与孔隙水压力都比水面以上的土压力与孔隙水压力值大;随着库水位上升,土体内部孔隙中的气泡随水带出,边坡红土内部的土压力减小,孔隙水压力增大,且两者呈显著的非线性变化;随着浸泡时间的增长,土体抗剪强度先迅速减小,后缓慢回升,之后强度持续降低;渗透系数随浸泡时间延长明显增大;随着浸泡温度的升高,土体抗剪强度先增大后减小,但在常温作用时强度最大。