高土石坝动力弹塑性与黏弹性分析方法比较研究

为了研究黏弹性方法和弹塑性方法用于分析土石坝动力性状时存在的结果差异,分别以沈珠江动力模型和静、动统一的广义塑性模型为例,同等条件下对比研究2种方法在加速度反应、坝体位移历史、震后残余变形、防渗体应力等方面的差异。研究结果表明:(1)弹塑性方法得到的坝顶区加速度放大系数较黏弹性方法略小,但中下部坝体加速度放大效应更强;(2)由于黏弹性方法坝体位移过程不包含地震残余分量,所以与弹塑性方法计算结果存在较大差异;(3)黏弹性方法采用经验公式估算的坝体残余变形规律与弹塑性方法结果较为一致,但弹塑性方法计算的坝体震缩现象与实际震害更为吻合;(4)黏弹性方法计算的面板破坏型式主要为面板顶部区域的拉伸破坏,而弹塑性方法的计算结果为面板中部区域的受压破坏,这主要是由于黏弹性方法未包含地震残余位移分量导致,其计算的面板动应力失真,弹塑性方法可有效克服黏弹性方法的缺陷。     

特高砂砾石面板坝流变效应及面板防裂措施

针对高面板坝后期变形导致的面板破坏问题,采用大型室内试验测定了大石峡筑坝料流变力学特性,重点研究了后期流变效应对坝体、防渗体应力变形的影响。评估了各期面板浇筑前坝体沉降速率,复核了面板浇筑前预沉降时间的合理性。研究结果表明,该坝各期面板浇筑前设置的预沉降期可将坝顶沉降率控制在5mm/月以内。大坝蓄水运行后面板应力,尤其是轴向应力,较初次蓄水增加明显,存在挤压破坏的风险。论证了在面板受压区设置柔性缝的面板应力改善措施,结果表明该工程措施对削减面板轴向压应力效果明显。总体上,250m级的特高砂砾石面板坝坝体和防渗体应力变形能满足安全控制要求,通过合理的工程措施可保证大坝施工与运行安全。     

考虑坝体-地基接触效应的特高心墙堆石坝结构安全性研究

传统的土石坝结构计算分析中通常忽略坝体与基岩之间的摩擦滑动变形, 这与实际情况不符,坝体-地基接触摩擦效应对于修建在狭窄陡峻河谷区的特高坝表现尤为明显。采用三维有限元方法对修建在狭窄河谷区特高心墙堆石坝结构安全性进行了研究,研究中考虑了坝体-地基摩擦接触效应,模拟了水库蓄水、坝料湿化、流变等多因素共同作用下坝体结构力学行为以及坝体-地基接触位移演化过程。基于倾度法对坝体运行过程中可能的裂缝扩展区域进行了预测。研究得出:对于狭窄河谷上特高土石坝,坝体与地基的相对滑移较大,计算中应予以考虑。研究结论可为峡谷区特高心墙堆石坝设计提供技术依据。     

一个改进的堆石料广义塑性模型

在广义塑性理论框架下,通过引入两个修正系数修正塑性模量,增强了广义塑性模型在高围压条件下的适应性,成功地将砂土广义塑性模型改造成堆石料广义塑性模型。提出的修正广义塑性模型参数较少,容易确定,具有一定的实用性,并且可以推广至状态相关情况。模型中塑性模量公式简洁,可以退化成等向压缩塑性模量。模型可以很好地预测堆石料常规三轴加载应力应变关系,对等P以及等应力比路径也具有一定适应性。     

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。     

土石坝沥青混凝土心墙水力劈裂研究

结合Finstertal坝的运行资料和室内三轴试验结果,分析了沥青混凝土心墙在蓄水运行过程中存在产生水力劈裂的前提条件,主要包括:沥青混凝土的剪胀性以及渗透系数对孔隙率、骨料级配的依赖性;对沥青混凝土进行了室内水力劈裂试验,并对试验资料进行数值计算的结果表明,试件在受拉时形成的局部微小裂缝的诱导下发生了水力劈裂;结论对高沥青混凝土心墙堆石坝建设具有一定的指导意义。     

胶凝粗粒料的弹塑性模型与应用研究

目前工程技术人员对胶凝粗粒料能否应用于高堆石坝等重要、永久性建筑物还存在疑虑,这主要是由于目前对胶凝粗粒料力学性质研究尚不充分。尚没有广为认可的胶凝粗粒料标准本构模型,使得胶凝粗粒料数值模拟结果可信度较低。进行了胶凝砂砾料大围压范围(7级围压,范围100～3000 kPa)的室内三轴剪切试验,试验结果表明,胶凝砂砾料力学性质具有压硬性、强度非线性、强剪胀性和应变软化性等显著特征。研究发现,三轴应力路径的胶凝砂砾料应力应变关系可用驼峰曲线较好描述,其体积剪胀性可采用Rowe剪胀方程描述,以此建立了三轴应力平面内胶凝砂砾料应力应变关系,并根据广义塑性理论中切线模量与塑性模量之间的关系,将模型拓展至三维应力空间,得到了胶凝砂砾料弹塑性本构模型。试验结果和前人多组试验结果对该模型进行了验证,均表明模型具有良好的适用性,模型简明、实用,易于数值实现。将该模型成功应用于一个高面板坝的"胶凝增模区"弹塑性分析,并从坝体、防渗体应力变形安全性方面评估了胶凝料用于高堆石坝"增模"的可行性。     

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。     

堆石料广义塑性模型对不同应力路径适应性研究

针对同一系列某花岗岩堆石料不同应力路径加载试验,进行了修正广义塑性模型与修正南水模型的应力路径适应性对比研究。研究结果表明:两类模型均可以很好地预测常规三轴加载试验结果;对于等p加载应力路径试验,二者可以很好地预测强度特征,但是预测的体变偏差较大,两类模型均低估了等p试验下堆石料的体缩特性;对于等应力比加载试验,南水模型预测结果优于广义塑性模型,对剪胀(缩)规律预测较好。广义塑性模型预测结果与试验值相差较大, 主要原因在于常规三轴试验下的剪胀方程并不适用于等应力比试验,采用本文建议的修正剪胀方程后,广义塑性模型对等应力比路径试验预测精度明显提高。     

复杂巨厚覆盖层高闸坝基础变形控制研究

变形控制是复杂巨厚覆盖层上高闸坝建设的重要难题。为此，以深厚覆盖层上多布水电站闸坝工程为例，系统介绍了深厚复杂覆盖层上闸坝基础变形控制措施，提出了可反映深厚覆盖层超固结特性的弹塑性模型及大规模桩群简化模拟方法，实现了深厚覆盖层闸坝工程的三维整体模拟，并通过三维数值模型结果与现场监测结果比较验证了多布水电站地基加固措施的有效性和必要性。