不同掺砾量下砾石土抗拉强度试验研究

砾石土的抗拉强度是土心墙堆石坝抵抗拉裂破坏的重要指标之一。基于自主研制的单向拉伸试验模具,对不同掺砾量下的砾石土进行了系列的单向拉伸试验。在此基础上得到了以下结论:在本文的试验参数范围内,砾石土的抗拉强度随着含水率的增大而减小,随着干密度的增大而增大;分别给出了各掺砾量下土样抗拉强度与其最优含水率及最大干密度的关系表达式;对于处于各自最优含水率和最大干密度下的砾石土,掺砾量从0%增加到50%时,试样的抗拉强度从122.6 kPa减小到了49.8 kPa,且两者呈线性递减关系;试样的峰值拉应变和极限拉应变均随着掺砾量的增加而线性递减;对不同掺砾量土样的断裂能分析发现,随着掺砾量的增加,土样的抗拉能力不断减弱;在略高于最优含水率及处于最大干密度时砾石土试样的综合抗拉能力最强。相关试验成果可为实际土石坝心墙抗裂设计提供参照。     

潜没式高趾墙土压力与稳定计算方法

潜没式高趾墙是许多混凝土面板堆石坝中重要的水工建筑物,其墙背堆石体的表面水压力不是均布荷载,且作用线与竖直向存在一非零夹角,与多数挡土墙设计规范中竖直向下的均布荷载差别很大,不能直接套用规范给出的公式计算其承受的土压力。根据库伦土压力理论,探讨了潜没式高趾墙主动和被动土压力的计算方法,并运用案例证实了通过改变滑裂面倾角和数值试算方法确定土压力的必要性;分析了需进行高趾墙抗滑稳定分析的两类特定情形,即水平水压力低于主动土压力水平分量或水平水压力高于被动土压力水平分量(若水平水压力介于两者之间,则不存在抗滑稳定问题)。文中还探讨了高趾墙抗倾覆分析需进一步研究的问题及可行方法。     

堆石料动力残余应变模型研究

采用大型静动三轴压缩试验仪,对某面板堆石坝筑坝材料进行了动残余变形试验,研究了砂砾石料和开挖料在循环荷载作用下的残余变形特性及其影响因素。试验资料表明,动荷载作用下第一次循环振动诱发的残余剪应变最大,随着振次增长,剪应变持续增加,在试验设定的振次内,未出现收敛趋势。与之不同,残余体应变在循环荷载作用下有明显的收敛趋势。基于试验结果建立了残余变形与循环振动周次和动剪应变振幅的关系,提出了计算模型。模型共8个参数,均可通过动三轴试验确定,能较好地反映残余应变发展规律。     

基于状态参数的筑坝粗粒土本构模型

粗粒土的应力应变关系与其密实度有着密切的关系。当前常用的粗粒土本构模型无法考虑密实度对其力学行为的影响,在粗粒土三轴试验基础上建议了一个基于状态参数的粗粒土双屈服面模型,推导了其应力应变表达式。该模型能够反映不同初始孔隙比条件下粗粒土的峰值强度、剪胀性、应变硬化或软化规律。通过与多组粗粒土三轴试验结果比较,验证了模型的适应性。     

特高面板砂砾石坝结构安全性论证

基于试验研究与数值计算分析,对新疆大石峡250 m级特高面板砂砾石坝结构安全性进行了论证。结果表明:压实后的砂砾石料有较高的变形模量、较小的流变和地震残余变形,大坝运行期坝体最大沉降仅为最大坝高的0.64%;设计地震用下坝体最大震陷量仅为最大坝高的0.40%;静、动力荷载作用下,面板周边缝的沉陷和张拉值均未超过国内外已建工程的最大实测值,周边缝的剪切位移虽然比国内外已建工程的最大实测值大,但中国在混凝土面板接缝止水结构与材料方面的技术储备已经能够满足其要求。因此,与相同高度的面板堆石坝相比,面板砂砾石坝变形安全控制的难度较小。需要指出的是,250 m级特高砂砾石坝的防渗面板在静、动力荷载作用下的轴向和顺坡向拉、压应力极值较高,有必要在面板周边缝和压性垂直缝两侧一定范围配置加强钢筋。     

一个考虑颗粒破碎的堆石料弹塑性本构模型

基于广义塑性理论建立了一个考虑堆石料颗粒破碎的弹塑性本构模型。模型采用随平均应力增加而减小的峰值摩擦角和特征点摩擦角来反映堆石料因颗粒破碎而表现出的峰值应力比与剪胀应力比的非线性,在此基础上确定塑性流动和加载方向向量;运用指数型压缩函数建立依赖于体积应变和平均应力的压缩参数 λ ,并构造随平均应力与剪应力水平而变化的塑性模量表达式。模型共有 8 个参数,均可通过等向或单向压缩和三轴压缩试验确定。为验证本文模型的合理性,依据试验资料确定了 3 种不同堆石料的本构模型参数,并对典型三轴压缩试验进行了模拟。 3 种材料的模型预测结果与试验数据均吻合良好,表明本文模型可合理反映了颗粒破碎对堆石料强度与变形特性的影响。     

高土石坝地震安全控制标准与极限抗震能力研究

基于土石坝震害调查和原型观测资料分析，针对高土石坝的坝坡稳定、坝体地震永久变形以及混凝土面板接缝位移3个影响高土石坝安全的主要因素，初步建议了相应的地震安全控制标准，并应用于高心墙堆石坝和面板堆石坝的极限抗震能力计算分析。结果表明：按规范设计的高土石坝具有较强的抗震能力，其极限抗震能力在0.50g以上，可抵抗9度以上地震而不致于出现灾难性后果；高土石坝的极限抗震能力与相应的地震安全控制标准密切相关，按照本文建议的标准，高心墙堆石坝坝坡稳定是其极限抗震能力的控制因素，高面板堆石坝面板周边缝安全是其极限抗震能力的控制因素。     

筑坝堆石料的UH模型修正

对堆石料的UH模型进行了不同应力路径的适应性验证,结果表明,该模型在反映堆石料等比例加载时与试验规律存在一定误差,分析认为,原始UH模型的剪胀特征线假定不符合堆石料的变形规律。文中采用了新的塑性势面将原始的UH模型改进为服从非关联的流动法则,修正后的模型对各个应力路径的预测精度明显提高。按照类似的方式,对堆石料的UH动力模型进行了修正,并将修正后的UH动力模型用于预测花岗岩堆石料在循环剪切荷载下的累计变形现象,模型预测结果与试验规律能够较好吻合。     

水电站边坡坍塌堆积体边坡稳定与变形分析

以西部某水电站坍塌堆积体边坡的变形监测资料为基础,开展了大量的资料分析和反演计算研究,得到了堆积体的强度和变形参数以及湿化变形参数,预测了蓄水过程中边坡的变形趋势,并计算了正常和非常运行工况下的安全系数以及各工况下边坡失稳的变形阈值,为依据边坡位移监测资料判断边坡稳定性提供了重要依据。     

河道堰塞生命损失评估方法研究

河道堰塞是一种由地震、降雨等因素导致山体滑坡造成河道堰塞的自然灾害。在河道堰塞灾害造成的众多损失中,风险人口的生命损失最为严重。根据河道堰塞生命损失的致灾机理构建了风险人口、警报时间、理解程度、湖区水位上升速度、风险人口高程、淹没水深等参数在内的评价指标体系,并确立各参数的定量评估方法。同时通过各因素间的作用关系建立由应急疏散网络、淹没水深网络、生命损失定量评估网络3个子网络系统组成的贝叶斯网络模型对河道堰塞生命损失进行评估,并采用牛栏江河道堰塞案例验证了评估方法的合理性。