筑坝堆石料邓肯-张模型参数确定方法的改进

针对目前常用的邓肯-张模型参数整理方法计算的初始模量离散等问题,进行了4组堆石料大型三轴试验研究,建议了一种新的模型参数整理方法.试验结果表明:εa/q-εa(εa为轴向应变,q=σ1-σ3为偏应力)的试验点在低应力水平和高应力水平有明显偏离直线关系的趋势,导致目前常用的参数整理方法计算的初始模量离散性较大.考虑到坝体关注的主要应力水平在75％以下以及低应力水平受装样引起的超固结的影响,建议根据应力水平50％和75％两点求取初始模量和破坏比;破坏比Rf并非常数,Rf随围压σ3的增大逐渐减小,且lg(Rf)与lg(σ3/pa)呈良好的直线关系.反演结果表明,在邓肯-张模型中考虑围压水平对Rf的影响,能更好的反映较高围压范围条件下堆石料的应力应变特性,建议当进行超高土石坝静力分析时应考虑Rf的围压相关性.     

关于粗粒土应力应变特性及非线性参数的试验研究

一、前 言 目前,在土石坝有限元分析中,应用较多的是邓肯-张(Duncan-Chang)的E_t(切线模量),μ_t(切线泊松比)模型.该模型是以三轴试验测得的应力(σ_1-σ-_3)与轴应变ε_α,ε_α与侧应变ε_r关系曲线为依据,以弹性增量理论为基础,并吸收Kondner的(σ_1-σ_3)=ε_α /(αa bε_α),Janbu的E_i=KP_α(σ_3/P_α)~n,Kulhaway的ε_α=ε_r/(f Dε_r)等假定在内的一个非线性弹性模型,亦称双曲线模型,它的参数关系式如下:     

考虑土体结构性的修正邓肯—张模型

探讨了结构性土体的应力-应变关系，将土体应力-应变关系分为应变软化型和应变硬化型，并根据其力学性状将应力-应变关系分阶段讨论，其中硬化型应力-应变关系分为两个阶段，而软化型则分为三个阶段。同时，在邓肯—张模型的基础上，考虑了土的结构的损伤，引入损伤比的概念，对邓肯—张模型进行了修正。以几种土的试验结果为基础将本文模型及邓肯—张模型和软化模型进行了对比，结果表明本文模型能够更好地反映土的应力-应变关系。     

浇筑式沥青混凝土应力应变关系试验研究

对以天然砂砾石作为骨料的浇筑式沥青混凝土在不同沥青用量和不同温度条件下进行三轴试验。结果表明:浇筑式沥青混凝土的应力应变曲线呈现出应力硬化形态,且随着沥青用量的增加、温度的升高,应力硬化现象更加明显,双曲线段范围增大;邓肯-张模型及修正邓肯-张模型的理论曲线与试验曲线均吻合较好,主要模型参数随沥青用量增加或温度升高均呈下降趋势。通过对比两种本构模型破坏偏应力随围压的变化情况发现,在较高围压情况下,随着围压的升高,修正邓肯-张模型的破坏偏应力趋于平缓,增幅小,而邓肯-张模型的破坏偏应力几乎呈线性增加,其值明显大于修正邓肯-张模型的破坏偏应力,因此修正模型更加符合浇筑式沥青混凝土的强度特性。     

基于统计损伤理论的邓肯—张修正模型研究

由于邓肯—张EB模型没有考虑颗粒破碎损伤对材料变形及强度的影响,不能模拟堆石料应变软化的缺陷,故将统计损伤理论引入邓肯—张双曲线模型。通过探讨堆石料应力—应变曲线不同阶段损伤变量的规律,描述堆石料的损伤破碎过程,考虑其损伤阈值的影响,建立了邓肯—张修正模型表达式,该模型参数能通过试验数据拟合得出。经过验证,邓肯张修正模型在高围压下能较好的模拟堆石料破碎损伤的全过程,低围压下退化为常规邓肯—张模型。与传统邓肯—张模型、统计损伤模型、弹塑性模型及试验结果相比较,其形式简单、参数少。研究成果可应用于底部围压较大的高堆石坝分析,为堆石坝的设计计算提供参考。     

主应力方向偏转条件下粘性土的变形特性

在研究土体应力应变关系时,应力路径的影响因素是主要研究内容之一。在实际工程中,由于在土体上部加荷,土体中不同位置的主应力方向发生偏转,这是应力路径的一个重要特征。本文介绍了用单剪仪和空心圆柱扭剪仪进行的试验研究成果。试验资料表明,不同应力洛德角θ_σ(相应于不同主应力方向偏转角θ_α)其应力应变关系可用双曲线拟合,但不能归一化,即初始切线斜率和极限应力不同。这说明,第三主应力不变量对应力应变关系和剪切强度存有影响。对剪切强度的影响可用应力状态函数ψ(θ_σ)表示。同时证明,对复杂加荷条件,广义剪应变增量方向不仅是f/q的函数,而且也是(f/θ_σ)/q的函数。因此,不论p—q平面,还是π平面,塑性势函数等于屈服函数,流动规律是相适应的。     

半无限粘弹性地基对重力坝动力特性的影响

本文利用了文献[1]给出的半无限粘弹性地基表面动刚度系数,用子结构拼接法得到了考虑地基影响后的动力方程,然后用摄动法近似地求解了复本征值问题,分析了半无限粘弹性地基对重力坝自振周期、最大地震惯性力和最大地震应力的影响.从而可把文献[2]给出的最大地震惯性力Q_(max)和最大地震竖向应力σ_(max)进一步表示为Q_(max)=Q_1α_Qγ_Qψ_Q和σ_(max)=σ_1α_σγ_σψ_σ,ψ_Q和ψ_σ分别为最大地震惯性力和最大地震应力的地基影响系数.     

基于差分进化算法的邓肯—张模型参数优化研究

基于典型红砂岩土石混合堆积体大型三轴试验结果,结合最优化理论,研究了差分进化算法(Differential Evolution Algorithm)在邓肯—张(Duncan-Chang)E-μ模型参数优化中的应用。通过改进差分进化算法研究,利用参数敏感性分析选择最优控制参数,并建立模型计算—试验数据误差多元目标函数,最终确定模型最优参数。结合计算—实验结果,绘制邓肯—张E-μ模型在不同围压条件下的(σ_1-σ_3)～ε_a曲线和ε_a～ε_v曲线。将D-C模型的常规计算结果与使用改进DE算法优化后的计算结果进行对比分析,论证了改进DE算法在该模型参数优化中的适用性,研究结果可用于岩土体本构模型参数的估算及优化过程,提高数值分析结果的准确性。     

考虑温度效应的低纬高寒地区混凝土面板坝应力变形特性有限元分析

为了分析混凝土面板在自重和温度荷载共同作用下应力应变分布规律,介绍了面板坝有限元计算原理,采用邓肯E-B模型计算竣工期坝体的位移、应力应变,结合原型监测资料比较分析考虑温度荷载和不考虑温度荷载两种情况下面板应力分布.与情况一对比,情况二中加入温度因子,由于温度荷载产生的拉应力与面板在自重及变形情况下项部与底部产生的拉应力相叠加,两端拉应力较情况一的结果大,这样可以为低纬高寒地区混凝土面板堆石坝的设计和施工提供依据.     

土质心墙坝填筑及蓄水变形的数值模拟

本文运用5种不同的土石料应力应变模型,对一座高为100m的理想土质心墙坝的施工填筑、库水位升降等过程进行了数学模拟。论述了几种模型的优缺点及土石坝应力应变分析中存在的问题。计算结果表明,笔者建议的双屈服面模型,在施工期得出的变位和孔隙压力大体上与邓肯模型一致,蓄水期的计算结果比邓肯模型合理,且计算参数的测定方法类似。此外,通过比较计算后证明,双屈服面模型的两个屈服面参数r、s和弹性泊松比对计算结果影响不大。     

论土石坝应力应变计算中的邓肯模型

一、前言迄今,在土石坝的应力应变计算中,作为描述土的应力应变关系的数学模型,邓肯—张—库尔霍模型(Duncan—Chans—Kulhawy,1970—1972,下称邓肯模型)比较流行。我国土石坝的应力应变计算,就是从该模型开始的(甘肃党河坝,华东水利学院,1975)。在国外,采用该模型进行土石坝应力应变分析的,除较早的Oroville,深山(日本),El lnflernillo等坝例之外,近期则有Brianne,Dalesice,Guri,Tehri,     

多力系扭转流变仪

多力系扭转仪,又名三轴扭转仪,是一种新型的土力学试验设备。根据这类仪器的试验原理,结合作者研究工作的具体要求而研制的多力系扭转流变仪,其加荷系统的示意图如图1所示.试样是一空心圆柱体,承受着静水压力σ_2,扭剪力矩M,轴向应力P.该仪器具有下述特点.(一)均匀的应力～应变分布;(二)能更广泛地模拟工程建筑中土体所处的实际应力条件.如中主应力σ_2可从σ_3变到σ_1,大主应力σ_1     

沥青混凝土应力－应变特性研穷

本文通过对沥青混凝土应力－应变关系进行分析研究，提出了修正的邓肯－张双曲线计算切线模量、修正的但尼尔公式计算切线泊桑比的新方法，同时也提出了沥青混凝土材料新的破坏准则．可用于沥青混凝土心墙土石坝非线性应力－应变计算分析．     

粗粒料非线性模型(hhu-KG)的有限元实现及工程应用

介绍了一种可以考虑剪胀效应、中主应力影响以及强度非线性的粗粒料非线性模型(hhu-KG模型)。在次弹性理论的基础上将其扩展为一般应力空间中的应力应变关系,并基于土石坝静动力流固耦合可视化分析软件平台开发了该模型的有限元计算程序。采用该模型和邓肯E-B模型对某面板堆石坝进行了三维有限元数值模拟,并对两种模型的模拟结果进行了对比分析。结果显示,相较于邓肯E-B模型,hhu-KG模型计算所得到的最大沉降值与最大面板挠度值略小,而最大顺河向位移值略大,但是两种模型计算所得的坝体与面板变形分布规律大致相同,且符合工程的一般规律,验证了基于次弹性理论推导的刚度系数矩阵的合理性,同时也说明了hhu-KG模型在土石坝静力有限元分析中的适用性。研究成果为粗颗粒土在土石坝的应用提供参考。     

某水库围坝数值模拟研究

文章对某水库围坝进行了应力应变分析方面的数值模拟研究,计算模型选用邓肯-张双曲线计算模型,计算软件选用加拿大岩土工程设计分析软件Geostudio中的应力应变分析模块(Sigma/W),在施工完建期和蓄水期两种工况下进行分析,得出在施工完建期与蓄水期坝体及坝基应力均符合要求,没有出现拉应力,不会产生裂缝,而蓄水期坝体与坝基位移与施工完建期相比变化不大,稳定性也符合要求。根据工程实例,此方法计算精度满足要求,简单直观,效果显著。     

特高混凝土面板堆石坝的应力变形比较研究

结合金沙江拉哇特高混凝土面板堆石坝,分别采用邓肯E-B模型和河海统一广义塑性模型,考虑堆石料流变的遗传特性,进行大坝三维有限元分析,并在坝料相同试验结果的条件下对比研究两种不同本构模型下堆石体和面板应力变形的差异。结果表明:两种模型计算的堆石体应力变形规律相似,沉降差异不大,但河海统一广义塑性模型计算的堆石体水平位移及面板挠度均小于邓肯E-B模型;混凝土面板的位移分布差别较大,由于邓肯E-B模型不能考虑堆石料的剪胀性,计算满蓄期面板的变形远大于统一广义塑性模型结果;两种模型在满蓄期计算得到的应力较为接近,与统一广义塑性模型相比,邓肯E-B模型计算得到的堆石体第三主应力较小,面板压应力数值偏大,拉应力区域较大。不同本构模型的计算结果均说明拉哇特高混凝土面板堆石坝的变形与应力在安全范围内,现行设计方案可行。     

扭剪试验中应力路径法的载荷关系分析

本文叙述了用应力路径方法对土体试样做扭剪试验时,各载荷量(扭矩、垂直荷重及围压)之间的解析关系。文中就三种特殊条件下的应力路径方法列出上述关系,给出了一般表达式以及在α～σ_1/σ_2平面内的特殊线、特殊点的表达式。分析表明用应力路径方法进行试验,由于各载荷量的非线性关线导致应力路径控制相当复杂,但使用相应的设备以及微计算机系统,则可实现应力路径半自动控制和全自动控制。     

V形河谷高面板堆石坝应力应变仿真计算研究

采用三维有限元法对V形河谷高面板堆石坝应力应变进行全过程仿真计算分析,得到V形河谷超高面板堆石坝应力应变变化的一般规律,计算模型分析比较了带地基计算与不带地基计算的差别,以及V形河谷的特殊性和三维计算的必要性,仿真计算中考虑了面板与坝体及趾板间的接触和用邓肯-张E-B模型仿真计算的过程与规律.对V形河谷堆石坝设计计算具有一定的参考和指导意义.     

确定土石坝坝壳料邓肯模型参数的几个问题

目前,在高土石坝的弹性非线性应力应变分析计算中,邓肯一张一库尔霍模型(DuncanJ. M., Chang C. Y., Kulhawy, F, H.,1970～1972,以下称邓肯模型)比较流行。但是,该模型有关参数的试验测定,特别是关于砂卵石、石料等粗颗粒的坝壳材料,国外资料很少,国内则刚刚开始工作。1978年冬,由于工程的需要,我们开始进行砂卵石应力应变参     

水中填黃土坝土料特性研究

黄文熙-蒋彭年(水利水电科学研究院)终结讨论:各讨论文对水中填黄土坝土料的压箱性和孔隙压力的发生与消散的测定、整理资料及应用等方面,作出了有益的评论。兹提出答复意见如下: (一)应力应变关系在利用三轴试验来研究土的压缩性及土中起始孔隙压力及其消散方面,魏汝龙、沈珠江、盛崇文等同志认为这个方向是正确的,而且应予肯定的;但是他们认为由于三轴试验的应力条件是轴对称的,整理分析资料应该采用应力不变量,如八面体剪应力。三轴排水压缩试验所取得的试验结果改用τ_m或[τ_m/(σ_m+σ)]/tg_φ以代原文中的σ_1/σ_3作为参数。由于