考虑温度变化和长期变形的面板堆石坝模拟

面板裂缝是影响混凝土面板堆石坝安全和性能的关键因素之一。本文基于ABAQUS软件,开展了堆石体长期变形与混凝土水化热、时空不均匀分布温度场边界施加等二次开发,以老挝某混凝土面板堆石坝为研究对象,研究了堆石体长期变形、混凝土水化热、环境温度变化的联合作用机制。分析了堆石体长期变形量值、面板浇筑时间过程、环境温度数值和分布模式等对面板应力变形的影响,揭示了混凝土浇筑后早期水化热温升和环境温度影响导致面板表面较大顺坡向拉应力是面板大量早期水平裂缝的主要原因;同时也发现,即使对于浇筑后较长时间,考虑温度变化情况下计算出的面板拉应力也高于不考虑温度变化情况。计算分析可为面板浇筑时机选择,面板温度裂缝、变形裂缝分类防控等提供技术依据。     

竖向应力对堆石料降雨湿化变形影响研究

堆石料遇水后产生的湿化变形对堆石坝的安全运行造成一定影响,但目前对降雨作用引起的堆石料非饱和湿化变形的认识还不够充分。以某工程软岩堆石料为研究对象,开展不同竖向应力条件下的降雨湿化变形试验,分析材料湿化变形基本规律及竖向应力对材料湿化变形的影响。结果表明：不同竖向应力条件下材料湿化变形发展规律相似,其湿化应变增长经历了快速、缓慢及稳定三个阶段,各阶段湿化变形量值、发展速率及稳定时间有所差异;竖向应力对初次降雨时材料湿化变形的影响十分显著,随着竖向应力的增大,湿化应变时程曲线呈完全不同的发展趋势。同时,分析了竖向应力对多次降雨循环下材料湿化变形的影响,发现低竖向应力时材料颗粒滑移、位置重排引起了大部分湿化变形,其应变增加幅值小;竖向应力较高时,颗粒破碎等加剧了湿化变形的发展,应变大幅增加;随着竖向应力的进一步增大,颗粒破碎率降低,试样密实度提高,颗粒间咬合约束作用凸显,湿化变形增幅减小。     

土石坝掺砾心墙料的击实特性研究北大核心CSCD

心墙土料的击实特性能够反映实际工程建设时的压实效果。本文选择一种风积土料和花岗岩砾石料,开展不同含水率、不同掺砾比例及不同击实功等条件下的击实特性试验研究,探索掺砾土料击实干密度与含水率、掺砾比例及击实功之间的关系。试验结果表明:随着含水率的增加,掺砾土料的击实曲线呈先增后减的抛物线型关系;随掺砾含量增大,重型击实功条件下掺砾土料的击实干密度呈现先增后减的变化规律;随掺砾含量增大,轻型击实功条件下掺砾土料的击实干密度近似成比例线性增加;对相同掺砾比例的掺砾土料,随击实功能的增大,其击实干密度逐渐增大,并最终趋于收敛。     

慢速加载对两河口堆石料侧限压缩变形的影响

堆石料变形具有时间相关性。本文采用两河口特高砾石土心墙堆石坝的坝壳风干板岩堆石料开展不同应力加载速率下的大型侧限压缩试验,以及侧限压缩后卸载再加载试验、蠕变变形试验。对于侧限压缩试验,中低应力下,应力速率越高、变形增量越大、模量越小;高应力下,应力变形过程受应力速率的影响减小,规律反之,即应力速率越高、变形增量越小、模量越高。对应加载全过程,堆石料变形量总体随应力速率提高而增大。侧限压缩后卸载和再加载过程中形成滞回曲线,每次卸载-再加载中有一定的变形累积,每次变形累积增量随卸载-再加载次数逐渐减小,且各次卸载-再加载过程中的平均回弹/再压缩指数随卸载-再加载次数逐渐减小。一般地,应力速率越高,卸载和再加载变形量均更小。同时,应力速率越高,卸载-再加载循环中的变形累积增量越小、收敛也越快。以一定应力速率加载到特定荷载后的蠕变速率与蠕变时间在双对数坐标中近似为线性关系。初始蠕变速率随应力和应力速率增大而增大,而蠕变速率衰减速度随应力和应力速率增大而减小。     

粗粒料级配缩尺中相似比例对密度影响的试验研究

针对粗粒料密度研究中变量复杂问题,为探究不同相似比例n值对试验材料密度变化的影响规律,以红石岩堰塞坝料的两条代表性级配为研究对象,在相同的试验条件和参数标准下,分别研究不同变量指标对密度的影响。结果显示:最大干密度和最小干密度均随相似比例n值的增加呈先增加后减小的变化趋势;同时,由于相似比例n值的不同引起了其它级配特征值的变化,材料P_5含量在小于30%范围内变化时对最大干密度的影响较为明显,随P_5含量的增大呈增大趋势;C_u/C_c对密度的影响与P_5相似,下凹型级配中最大干密度和最小干密度随中值粒径d_(50)增大呈先增大后减小,总体趋于减小的变化规律。结果表明:相似比例n值会影响材料之间粗细颗粒的填充关系,对下凹型级配曲线密度产生明显影响,对平均级配曲线影响较小,室内试验时需选择适宜的相似比例。     

不良级配粗粒土渗透变形的数值试验

针对单一粒径粗粒组和细粒组混合而成的不良级配粗粒土,采用计算流体力学与离散元耦合方法,考虑孔隙水与固体颗粒的相互作用,模拟了一定水力比降作用下的渗透变形过程,研究了细粒的运动规律,对比分析了初始细粒含量对渗透变形过程的影响。在水力比降作用下,土样中细颗粒运移会经历两个阶段,初期渗透压密,运动速度较低,之后随着渗透变形发展,渗流通道和运移通道逐步开敞,细颗粒运移速度加快。渗透变形发展过程中,土样出水口和入水口位置细粒含量降低、局部水力比降减小,而中部细粒含量增大、局部水力比降缓慢增加。当土样中初始细粒含量达到40%时,土样中部细粒含量会提高,并逐渐出现明显淤积层。土体渗透变形取决于整个渗径上的渗透稳定性,土料自身颗粒粒径几何关系确定的内部稳定性不能完全表征土体的渗透稳定性。     

基于坝壳湿化过程数值模拟的心墙坝初蓄水力劈裂机理研究

初次蓄水过程中的水力劈裂破坏是土质心墙土石坝面临的最主要安全问题之一。为探索这一难题,回顾了疑似水力劈裂事故及暨有研究尚不能回答的问题,探讨了水力劈裂所需的必备应力条件和可能原因。分析了既有浸水湿化变形试验并建议了采用时间对数演进模式、单位时间湿化体变和湿化剪应变分别取决于围压和剪应力水平的湿化变形时间过程计算模型,并应用于模型坝数值模拟,再现了初蓄过程水力劈裂破坏所需应力条件,得到了顺岸坡方向上后期变形增量空间分布导致心墙拉伸和水力劈裂破坏的机理。最后提出了确保坝壳压实度、控制后期浸水后变形,保证心墙与坝壳后期变形量值和速率协调为核心的水力劈裂防控方法建议。     

糯扎渡高心墙堆石坝离心模拟试验研究

近年来，随着高土石坝建设的迅速发展，研究坝体在施工期和运行期的各种性状已成为土石坝研究领域中最为重要的课题。同时，离心模拟试验技术在高土石坝的研究中也有了更加广泛的应用。本文结合坝高261．50m的糯扎渡心墙堆石坝，利用小比尺离心模型进行了模拟试验，研究坝体在施工期和运行期的应力和变形性状，论证采用小比尺离心模型研究高坝变形和应力性状的可行性，同时提出了原型坝体在竣工期和蓄水期的应力变化和变形情况，为该坝的设计和施工提供了科学依据。     

土石混合料固结流变试验研究

堰塞坝料大多为土石混合料且具有级配分布范围较宽的特点,其流变变形将影响堰塞坝的长期运行安全。本文选择典型的反映宽级配特征的三组试验材料,采用大型固结仪开展固结流变试验。根据试验结果,分析了竖向应力对流变应变的影响规律,发现流变应变随竖向应力的增大呈对数趋势增大,且在高应力范围内应力增大时流变变形增量更为显著;探讨了级配特征对流变变形的影响,认为级配良好且不均匀系数较大的材料,流变量值相对较小,而对于级配特征值均较小且细颗粒含量较高的材料,流变量值更为显著;基于流变试验时程规律,建立了四参数双曲线型的固结流变模型。模型结果较为准确,能较好地反映宽级配粗粒料固结流变特征。     

联合时序分解和深度学习的高土石坝变形预测北大核心CSCD

针对高土石坝变形监测时间序列复杂的非线性、非平稳性等特点,提出了一种沉降变形预测的组合方法,可更好兼顾土石坝变形的长期发展趋势和波动特性。利用基于局部加权回归的季节性趋势分解法将变形监测历史数据分为趋势、周期和残差分量;采用长短期记忆神经网络模型分别学习趋势、周期和残差序列趋势特征并预测,汇总各分量预测结果得到大坝位移的预测值。为定量评价和比较预测结果,引入三个评价指标,并将预测结果与季节性差分自回归滑动平均模型、长短时记忆神经网络模型及其组合模型的预测结果进行对比分析。本文联合时序分解和深度学习的组合模型具有更高的预测精度和较好的稳定性,能够较好体现土石坝变形的长期趋势和随水位的波动特性。