考虑水平(切向)位移影响的垫层孔隙内土工膜顶胀变形分析

以薄膜理论为基础的曲线交汇法是目前工程中常用的分析颗粒垫层孔隙内土工膜顶胀变形的方法,该法假设了土工膜受水压顶胀作用向垫层孔隙内压陷时,只存在垂直膜铺设平面的竖向(法向)位移,而未考虑平行膜铺设平面的水平(切向)位移,所以计算结果存在一定的理论误差。首先基于有限单元法,分析了水平(切向)位移对膜应变计算的影响,提出了一个能够考虑水平(切向)位移的膜顶胀变形的计算方法,并通过对圆形孔隙内膜顶胀变形试验的计算模拟,验证了该方法的准确性;其次,对不同形状孔隙内的膜顶胀变形进行分析,得出了不同形状孔隙内膜的应变分布特点,同时根据应变分布特点分析了不同孔隙形状内膜发生顶胀破坏的形式;最后,通过与薄膜理论曲线交汇法在相同条件下计算结果的对比分析,表明水压力越大,薄膜理论曲线交汇法与本文方法的计算结果的差异也越大,所以水压力较大时,水平(切向)位移对孔隙内膜应变的影响较大,不能忽略。     

深覆盖层高面板堆石坝连接板型式优化分析

以金沙江塔城水电站深覆盖层高面板堆石坝为例,采用三维有限元数值方法,研究了在100m级深厚覆盖层上建200m级超高混凝土面板堆石坝坝基与坝体防渗系统的连接采用连接板型式时,坝体各防渗结构及接缝的应力变形情况,并对可行方案进行了优化分析。结果表明,塔城深覆盖层高面板堆石坝各防渗结构及接缝的应力变形与同类坝相比是合理的;三种方案中,设置三块等长连接板时,防渗体系各接缝的剪切变形最小,为最优方案。     

抽水蓄能电站进出水口土工膜局部变形适应性分析

为提高抽水蓄能电站上水库进出水口的防渗土工膜在挖填分界部位受力变形计算分析的可靠性和精确性,在库盆回填体有限元整体模型计算分析的基础上,采用子模型法对整体模型中靠近挖填分界部位建立局部子模型进行分析,同时利用该方法分析了在整体模型中增设增模区和局部子模型中改变土工膜铺设方式相结合的措施对降低土工膜局部应变的效果。结果表明:通过增设增模区和局部改变土工膜铺设方式相结合的措施,能够降低土工膜局部应变,使之满足工程要求,但具体采用何种局部土工膜铺设方式,还需结合水头大小、土工膜下支持层模量等不同情况进行具体分析。     

Probabilistic analysis of geomembrane puncture from granular material under liquid pressure

A simplified probabilistic analysis of geomembrane punctures from granular material was presented when subjected to liquid pressure. The probability distribution of contact force between geomembrane and granular material was obtained based on the principle of equal probability and assumptions that grains are spheres with constant size. A particle flow code PFC^3D was employed to simulate the contact process which indicates a good agreement with the theoretical probabilistic analysis. The odds of geomembrane puncture from grains of constant size were obtained by evaluating the puncture force which should not exceed the puncture resistance of geomembrane. The effects of grain radius, grain rigidity and liquid pressure were studied in more detail and displayed in graphs. Both high-level of liquid pressure and large grain can result in high risk of geomembrane puncture. The influence of grain rigidity on the geomembrane puncture odds is significant. For granular material with a grain size distribution, the geomembrane puncture odds can be estimated by the grain size distribution, served as weight function and it is a cautious design if the largest grain is chosen as the design grain size.     

Probabilistic analysis of random contact force between geomembrane and granular material

A probabilistic method based on principle of maximum entropy was employed to analyze the randomness of contact force between geomembrane and granular material. The contact force distribution is exponential according to the proposed method and the grain size is the most important factor that affects the distribution of contact force. The proposed method is then verified by a series of laboratory experiments using glass beads and cobbles as granular material and a very thin pressure, indicating that film is firstly used in these experiments which give a reliable method to measure the contact force at each contact point.     

高面膜堆石坝发展的需求与关键技术

面膜堆石坝是指上游坝面用土工膜防渗的堆石坝。综述了面膜堆石坝半个世纪以来的发展状况,分析了该坝型的特点及该坝型技术在我国的使用现状与需求:面膜防渗结构具有渗透性低微、差异变形适应性强、施工简捷、工期短、造价低等特点;由于国外专利保护等原因,面膜堆石坝技术未能如面板堆石坝和碾压混凝土坝那样广泛交流与推广,自国外第一座面膜堆石坝建成以来,国内尚未建成一座高面膜堆石坝,而我国水电清洁能源的需求、许多深覆盖层坝址与黏土防渗体取土受到环境生态制约的状况,需要高面膜堆石坝发挥其作用,相应的设计分析技术需要较系统深入的研究梳理和集成。概述了该坝型关键技术研究的初步成果,包括高面膜堆石坝的周边夹具效应与设计方法、面膜双向拉伸分析方法、数值精细模拟方法、非散粒体面膜垫层技术、膜顶胀损缺性状量化分析方法。     

高面膜堆石坝周边的夹具效应机制与消除设计方法——高面膜堆石坝关键技术(二)

针对在一定水深下,面膜周边锚固处将形成"面膜夹具"进而产生影响面膜安全的夹具效应这一高面膜堆石坝研究和设计中首先需面对的关键技术问题,在材料试验和工程结构分析的基础上分析了形成夹具效应的机制,提出了产生夹具效应的必要条件和充分条件;模拟工程实际设计了面膜堆石坝周边锚固处夹具效应的室内结构模型试验,初步试验验证了按常规设计的传统膜铺设方式难以避免夹具效应的产生;在充分考虑实际施工工艺的基础上,以夹具效应产生的充分条件为切入点提出了消除夹具效应的设计思路为:在保证面膜免受损伤条件下增大"面膜夹具"间的初始标距,在坝体位移过程中设法使"面膜夹具"间面膜的有效几何变形取代材料变形;设计方法是将铺膜线平面设置高于锚固线平面,坝面位移后使铺膜线回到锚固线附近。     

基于Voronoi图的土工膜颗粒垫层随机重构模型

为研究垫层颗粒的形状、粒径级配及孔隙率与土石坝坝面防渗土工膜在颗粒垫层上的顶破胀破之间的关系,常采用真实颗粒材料进行试验,但受试样随机性和试验条件不可控的限制,往往难以得到具有统计意义的规律。针对这一问题,基于Voronoi图建立颗粒垫层的随机重构模型,通过调整模型中随机过程的参数实现对模型粒径级配和孔隙率的控制,同时对随机重构模型中颗粒的形状参数进行统计分析,并与真实颗粒的形状参数进行显著性检验。结果表明,随机重构模型的颗粒形状与真实垫层颗粒的形状较为接近;所建立的模型可用于进一步研究土工膜在颗粒垫层上顶破胀破的概率与垫层颗粒形状、粒径级配和孔隙率之间的关系。     

高面膜堆石坝发展的需求与关键技术——高面膜堆石坝关键技术(一)

面膜堆石坝是指上游坝面用土工膜防渗的堆石坝。综述了面膜堆石坝半个世纪以来的发展状况,分析了该坝型的特点及该坝型技术在我国的使用现状与需求:面膜防渗结构具有渗透性低微、差异变形适应性强、施工简捷、工期短、造价低等特点;由于国外专利保护等原因,面膜堆石坝技术未能如面板堆石坝和碾压混凝土坝那样广泛交流与推广,自国外第一座面膜堆石坝建成以来,国内尚未建成一座高面膜堆石坝,而我国水电清洁能源的需求、许多深覆盖层坝址与黏土防渗体取土受到环境生态制约的状况,需要高面膜堆石坝发挥其作用,相应的设计分析技术需要较系统深入的研究梳理和集成。概述了该坝型关键技术研究的初步成果,包括高面膜堆石坝的周边夹具效应与设计方法、面膜双向拉伸分析方法、数值精细模拟方法、非散粒体面膜垫层技术、膜顶胀损缺性状量化分析方法。     

土工合成材料双向拉伸多功能试验机的研制及初步应用

为揭示土工合成材料双向拉伸状态下的力学特性,自主研制了一台双向拉伸多功能试验机,能够进行瞬时和长期蠕变双向拉伸试验。瞬时拉伸采用电机控制,可以实现两个方向任意比例下应力和应变加载;蠕变拉伸采用法码加载,可同时进行3组大变形蠕变拉伸试验。经初步应用表明,该试验机能够进行复杂应力、应变路径下土工合成材料双向拉伸试验,为土工合成材料双向拉伸力学特性的研究提供了一种科学有效手段。