砂卵砾石料变形与强度特性三轴试验研究

对不同密度的某砂卵砾石料试样进行了三轴固结排水剪切试验,研究了密度对砂卵砾石料强度、应力应变性质的影响。结果表明,随密度的增大,试样的强度指标呈增大趋势;不同围压下,随密度的增大,破坏时的轴向应变具有减小的趋势,且在低围压下这种趋势较明显;密度越大,试样的剪胀性越强,发生相变时的轴向变形和体积变形越小;试样发生相变时的应力水平一般大于0.5,因此在对高土石坝进行应力变形分析时应合理考虑粗粒土的剪胀性。     

镇安抽水蓄能电站弃渣坝分区优化研究

镇安抽水蓄能电站弃渣坝体型复杂、弃渣量大且坝坡上建有永久上坝道路,为了保证弃渣坝的安全稳定以及上坝道路的交通安全,该文结合弃渣坝体型结构、施工计划与弃渣种类,采用有限元分析法进行弃渣坝的分区设计。通过对弃渣坝进行合理分区,将坝体分为上游上坝坡、上游下坝坡、路基、下游坝坡4个区域,经过变形与稳定性分析得出：采用覆盖层渣料填筑于上游上坝坡,以及使用模量较高的风化层渣料填筑其余区域的分区方案,则弃渣坝稳定性较高、永久道路的变形量较小,从而使弃渣坝整体安全性与可靠性较高,说明该方案具有较大合理性。     

石料骨架结构软岩筑坝料三轴剪切试验

以石料骨架结构下软岩筑坝料为例，开展系列三轴剪切试验，研究级配和密度对软岩料强度变形特性的影响。结果表明，软岩筑坝料的应力应变曲线呈弱硬化型，偏应力峰值表现不明显且峰值强度低；随着大于5 mm的土粒含量P₅含量降低（细粒含量增多）,试样更密实，剪切强度增大，剪胀性更强，颗粒破碎量更低，且临界状态线呈整体下移趋势；随着密度增大，软岩料内摩擦角增大，颗粒间排列更紧密，抗剪强度更高，剪胀性更强，试样的颗粒破碎量增大。     

压实昔格达土料及其与既有填土界面剪切特性研究

鉴于新增压实昔格达填土及其与既有填土界面抗剪强度直接影响高填方区域稳定性,通过改进直剪试验制样方式,设定2类因素4种应力水平共32组试样,并采用固结快剪探究压实昔格达土料与既有填土界面剪切特性。结果表明,在不同法向应力下含界面试样剪应力-位移变化曲线呈剪切硬化状态,干密度对其应力-位移曲线的影响分为应变软化与应变硬化两个阶段;与新增压实昔格达土体抗剪强度相比,相同干密度下含界面试样的粘聚力大幅降低,最大降幅为32.50%,内摩擦角微弱增大,最大增幅为7.78%;消弱昔格达填土界面效应的适宜干密度为1.285g/cm3,即为界面填土填筑干密度建议值。     

K0固结条件下土石坝坝基砂卵砾石料强度与变形分析

选取级配相同的双江口土石坝、长河坝土石坝坝基覆盖层砂卵砾石料,分别进行4种不同围压下的静止土侧压力系数K0固结排水剪切大型三轴试验,分析了K0条件下砂卵砾石料的强度与变形特性。结果表明,K0条件下的砂卵砾石料在低围压下表现出较强的剪胀特性;不同围压下,砂卵砾石料的峰值强度与围压之间近似呈线性关系;两种砂卵砾石料的初始弹性模量Ei、初始泊松比νi与围压之间均存在良好的幂函数关系。结果为土石坝坝基覆盖层砂卵砾石料的强度与变形特性研究提供了参考。     

考虑临界状态的堆石料广义塑性本构模型

基于大型静力三轴剪切试验结果,构造了考虑颗粒破碎的塑性模量表达式和考虑临界状态的剪胀方程,建立了适用于堆石料的广义塑性本构模型,并利用本构模型对堆石料三轴试验进行预测。结果表明,考虑和不考虑临界状态的本构模型均能较好地模拟堆石料在高围压下的剪缩性、在低围压下的剪胀性以及由于颗粒破碎引起峰值和剪胀应力比的非线性特性;考虑临界状态的本构模型能模拟应力——应变曲线逐渐逼近临界状态的规律,但其对三轴试验的预测精度略低于不考虑临界状态本构模型。     

紫坪铺混凝土面板堆石坝地震剪胀特性探讨

为判断混凝土面板堆石坝地震后体积剪胀或剪缩问题,基于紫坪铺混凝土面板堆石坝汶川地震前后坝体若干测点的实测数据,根据4个节点构成的单元面积进行变形统计分析,对坝体单元的剪胀剪缩特性进行了探讨。分析了断面D0+251和D0+371的水平位移、竖直位移及各单元的面积变化,得到混凝土面板堆石坝地震变形规律为坝体断面缩小、坝体边坡向内部收缩,尤以最大断面附近收缩较为明显,且随坝体高程降低收缩量减小;坝体不同部位单元面积的变化与其所处位置和周围的应力状态相关,坝体整体上各个单元面积减小,而处于坝顶附近和边缘的个别单元由于顶部面板脱空和单元面积剪胀引起面积增大,从而为今后的施工设计和计算校核提供了依据。     

高土石坝变形监测的监测管选型研究

在土石坝分布式光纤变形监测技术中,监测管是光纤与坝体间力-光转换的媒介,它需要适应土石坝围压大、变形量大等特点。据此,采用分段刻槽的ABS管作为光纤应变传递载体的监测管方案,建立坝料-监测管复合体的三维非线性有限元模型,并通过坝料-监测管的大型土工三轴试验验证了该数值模型的有效性。基于该数值模型,研究了监测管在最不利受力情况下的应力分布,以检验其在高围压下的适应性。结果表明,ABS管具有较高强度,可适应300m级高土石坝的高应力状态。研究成果可为土石坝的变形监测提供参考。     

三种粗粒土强度非线性描述方法的对比研究

为比较三种粗粒土强度非线性描述方法的优缺点及适用性,通过三轴试验研究了初始孔隙比和围压对粗粒土峰值强度的影响,并对三种常用的强度非线性描述方法进行了对比分析。结果表明,粗粒土的峰值强度随着初始孔隙比、围压的增大而减小,表现出显著的非线性;邓肯—张模型中的内摩擦角非线性公式和基于临界状态应力比的峰值应力比公式只能描述围压对峰值强度的影响,扩展后的公式能够同时反映初始孔隙比和围压对峰值强度的影响,且描述效果较好、稳定性较高;基于状态参量的峰值应力比的描述方法,理论清晰,效果较好,但对于粗粒土临界状态的描述还需进一步深入。研究成果可为公式选用提供参考。     

华中粉砂岩粗粒土粒径级配分形特性研究

研究不同应力状态下颗粒粒径级配演化规律是分析土体应力状态、评价其工后变形的关键。基于质量-粒径分形模型从分形角度阐述了粗粒土粒径级配曲线探究依据,设计了5种不同分形维数的粒径级配,分析了土体颗粒空间分布特性;通过三轴剪切试验及颗粒筛分试验,探究了不同分形维数粗粒土偏应力峰值前后应力应变曲线性态分布及剪应力峰值、内摩擦角、分形维数因子等参数变化规律。结果表明,土体粒径范围随分形维数越大而更宽泛;应力应变曲线随分形维数及围压增大而存在应变软化向应变硬化过渡的趋势,偏应力峰值随分形维数增加而增大,内摩擦角呈先减小后增大的变化规律。粗粒土分形维数变化因子与相对围压呈线性函数关系,方程斜率及截距仍与相对围压呈线性函数关系,据此建立了考虑围压及初始分形维数的经验方程,为从分形角度来设计与优化粗粒土粒径级配而达到提高其力学强度等提供了参考依据。     

结构物位移对接触面土体力学特性影响的数值模拟

应用自主研发的试验仪对土与结构物相互作用进行试验,试验时使竖向应力和围压达到要求应力值,研究结构物以恒定速率运动时结构物位移对接触面力学特性的影响,进而利用PFC2D对土与结构物在不同位移下相互作用的试验进行数值模拟,分析了土与结构物相互作用时的剪应力变化和土体变形情况。结果表明,接触面剪应力随结构物位移的增加先快速增加,再逐渐趋缓,最后趋于稳定;结构物的剪切作用对接触面土体的影响尤为明显,对远离接触面的土体影响较小,使接触面处土体颗粒从右侧向左侧运动,导致量测圈1内土体堆积发生剪胀,剪应力值增大至140 kPa,量测圈3内土体疏松发生剪缩,剪应力值减小至35 kPa。     

沥青混凝土心墙坝下游坝体分区及排水优化方法研究

阳江抽水蓄能下水库为沥青混凝土心墙坝,下游坝壳区拟部分使用全强风化料,以达到减少弃渣并节省工程投资的目的。为了优化心墙下游侧坝体分区及排水方案,本文主要探讨坝体分区及排水原则,采用有限元计算分析及参数敏感性分析进行下游坝体分区及排水优化研究。计算结果表明：下水库沥青混凝土心墙坝下游坝壳区可使用全强风化料,全强风化料下部设置下游堆石排水体;当大坝上下游边坡坡度为1:2.50时,该坝体分区断面在各种水位及地震组合下计算出的下游坝坡最小稳定安全系数满足规范要求;下游堆石料排水体厚度建议设置成5.9m,以便将心墙渗过来的水及时排走。     

结构物位移对接触面土体力学特性影响的数值模拟

应用自主研发的试验仪对土与结构物相互作用进行试验,试验时使竖向应力和围压达到要求应力值,研究结构物以恒定速率运动时结构物位移对接触面力学特性的影响,进而利用PFC2D对土与结构物在不同位移下相互作用的试验进行数值模拟,分析了土与结构物相互作用时的剪应力变化和土体变形情况。结果表明,接触面剪应力随结构物位移的增加先快速增加,再逐渐趋缓,最后趋于稳定;结构物的剪切作用对接触面土体的影响尤为明显,对远离接触面的土体影响较小,使接触面处土体颗粒从右侧向左侧运动,导致量测圈1内土体堆积发生剪胀,剪应力值增大至140kPa,量测圈3内土体疏松发生剪缩,剪应力值减小至35kPa。     

静三轴试验中固化疏浚泥的力学特性研究

为正确理解固化疏浚泥的力学性质,通过对固化疏浚泥进行固结不排水静三轴压缩试验,研究了围压和固化剂掺量对固化疏浚泥的破坏形式、应力—应变关系及抗剪强度参数的影响。试验结果表明,随着固化剂掺量的增加,固化疏浚泥的应力—应变关系由应变硬化型变为应变软化型;破坏形式由塑性破坏向脆性破坏过渡,而围压对其破坏形式无影响;固化疏浚泥的强度和抗变形能力均随着围压和掺量的增加而增大,但当围压小于土体内结构体的屈服强度时,围压对抗变形能力的影响可忽略;粘聚力和内摩擦角随固化剂掺量分别呈对数型和线性规律增长。     

不同加卸载条件下孟底沟水电站花岗岩蠕变特性研究

针对孟底沟水电站坝区花岗岩开展了不同加卸载应力条件下的三轴蠕变试验,系统分析了不同加卸载过程中坝区花岗岩的变形特征、蠕变速率和破坏强度的变化规律,揭示了蠕变破坏模式。结果表明,孟底沟花岗岩存在蠕变应力门槛值,蠕变后期存在完整的减速、等速和加速蠕变阶段,岩石产生大量塑性变形,体积由压缩转为扩容;轴压恒定相比偏应力恒定卸围压蠕变更具时效特征,卸围压条件下出现劈裂和剪切共存的破坏模式;岩石破坏强度低于常规峰值强度,卸围压相比加轴压方式岩石强度下降幅度更大,粘聚力的降低是造成强度折减的主要因素。     

掺砂粒径分布对泥质粉砂岩填料抗剪特性的影响

掺入不同粒径硬岩颗粒是软岩地层填方区改良软岩填料抗剪特性的重要方法。设定同粒径级配与单一粒径2类改良方式共32组试验,对比改良前后土料剪应力-剪切位移曲线,得到土料峰值剪切强度、破坏强度、粘聚力及内摩擦角等抗剪参数变化规律。试验结果表明,低应力条件下泥质粉砂岩土料受剪切作用而存在应变软化现象;掺入同级配砂粒后泥质粉砂岩土料内摩擦角随掺砂比例增加呈逐渐增大趋势,粘聚力先减小后缓慢增大;法向应力200、300kPa时,单一粒径替换后土料峰值剪切应力随掺砂中值粒径增加而缓慢增大并趋于稳定,内摩擦角随中值粒径值增大呈急剧上升后缓慢降低,在0.75 mm处取得极值;粘聚力呈先减小后逐渐增大趋势。可见采用粘聚力及内摩擦角等参数评估掺砂改良泥质粉砂岩土料抗剪特性时需注意粒径分布所引起的强度参数变化。     

某大型抽水蓄能电站上水库初蓄期安全运行性态分析

发展抽水蓄能是构建现代能源体系的重要战略举措。随着我国大型抽水蓄能电站的批量开工建设,水工安全监测、安全运行管理日益受到重视。基于原型监测成果,研究了某大型抽水蓄能电站上水库初蓄期安全运行特性,发现上库坝群沉降分布与各坝段坝高、坝体大小相关,渐趋于稳定,其中主坝外部沉降总体呈W形分布,内部最大沉降集中在坝体中下部靠下游侧;坝后和库底总渗漏量小,防渗体系总体运行正常。综合分析认为上水库各建筑物初蓄期间运行正常,总体处于安全状态。     

干湿循环条件下裂缝对土体吸力影响的机制研究

受干旱影响,土体会出现干缩裂缝,基质吸力的变化是分析裂缝开展的关键点,而裂缝的产生影响着基质吸力的变化,因此基于室内模型研究了干湿循环条件下不同位置土体开裂情况及对应部位基质吸力的时空演化规律。结果表明,斜坡中部裂缝更易发育,受旱过程中当裂缝存在时顶部土体的基质吸力增长滞后于坝坡中部土体的基质吸力增长;降雨后再干燥时段除底部外土体各处基质吸力受裂隙影响在较短时间快速增大,多次干湿循环后土体裂缝发展形态基本保持不变,此时同一部位基质吸力变化趋势基本相同,而不同部位因裂缝开展差异吸力变化有所不同。根据吸力变化情况绘制出的土水特征曲线反映出不同形态的裂缝存在对周边土体的影响(渗透系数)。研究成果可为维护坝坡稳定提供指导。     

崩岗区重塑非饱和花岗岩残积土体变形特性试验研究

为研究崩岗区重塑非饱和花岗岩残积土变形特性,利用双压力室非饱和土三轴仪做了重塑土的控制吸力固结排水剪切试验,研究了干密度、净围压和基质吸力对剪切破坏阶段的体积变形的影响,分析了重塑非饱和花岗岩残积土在控制吸力条件下剪切过程中的体变性状。试验结果表明,重塑非饱和花岗岩残积土的体变特性不仅取决于干密度和净围压,还与基质吸力密切相关,但净围压比基质吸力对土体体积应变的影响大。研究成果可为崩岗侵蚀区灾害防治及其体积变形、沉降量预测提供参考。     

三维粒状脆性材料颗粒破碎的数值三轴试验

针对脆性材料颗粒破碎的三维力学问题,从细观力学角度,以颗粒极限拉应力作为颗粒破碎的判别标准,进行了考虑颗粒破碎的堆石料大三轴排水剪试验的数值模拟,直观揭示了堆石料在三轴应力状态下的变形过程和细观机理。结果表明,基于颗粒流方法的数值模拟可再现堆石料室内试验的应力—应变及体变曲线、围压依赖性、剪胀性及结构变化等。