两河口堆石坝堆石料蠕变特性试验研究

针对堆石料蠕变的力学特性,采用大型高压三轴蠕变仪,对两河口堆石坝堆石料进行了蠕变试验。试验在常规等围压加载方式的基础上,采用了等应力比加载方式,并对堆石料蠕变试验的结果和加载方式进行了讨论。结果表明采用等应力比加载方式,堆石料变形更接近堆石料实际蠕变过程。     

考虑级配影响的堆石料强度与变形特性

利用大型三轴仪选用一种典型堆石料,通过设置4种级配、4种相对密度开展一系列不同围压作用下的大型三轴压缩试验,以研究级配、密度、应力状态等因素对堆石料强度与变形特性的影响。基于以上试验,对比分析不同级配、不同密度、不同围压条件下堆石料的应力变形特性,结果表明:试样颗粒越粗,剪切过程中试样越呈现应变硬化和压缩变形特性,随着颗粒逐渐变细,应变软化和剪胀特性愈加明显;堆石料强度与变形特性不仅与其密实和所处的应力状态有关,而且初始级配对其强度与变形特性有显著影响;堆石料强度包络线符合幂函数关系,并通过分析计算验证了其合理性与正确性。分析结果为进一步研究堆石料的状态相关剪胀理论及状态相关本构模型奠定了基础。     

不同试验方法对堆石料湿化变形的影响

堆石料的浸水变形是引起土石坝后期变形的主要因素之一。为了研究不同试验方法对堆石料 湿化变形的影响,采用大型压缩仪对五通组堆石料进行了单线法和双线法湿化试验,研究了一维湿化变 形条件下单线法和双线法对试验成果的影响,比较了两种试验条件下堆石料的湿化变形规律及湿陷系 数,根据试验结果建议采用采用单线法对堆石料湿化特性进行研究。     

基于广义塑性模型的高面板堆石坝应力变形数值模拟

基于大型静力三轴压缩试验、等向压缩和卸载试验,构造了简捷的塑性模量表达式,建立了适用于堆石料的广义塑性本构模型。堆石料的本构模型模拟和三轴压缩试验的对比结果表明:广义塑性模型不仅能反映堆石料在低围压下的剪胀性和高围压下的剪缩性,而且能反映堆石料因颗粒破碎而引起峰值应力比和剪胀应力比的非线性变化特性。此外,有限元静力计算结果表明,坝体水平位移和沉降特性均符合高面板堆石坝的一般变形规律,量值在合理范围内。     

堆石料在不同应力路径下的颗粒破碎特性

采用大三轴试验设备,对直径为300 mm、高为600 mm的圆柱体堆石料试样进行了三种不同应力路径的固结排水试验,包括常规三轴压缩试验、等平均应力试验及等向压缩试验,探讨不同应力路径下堆石料的颗粒破碎特性,常规三轴压缩试验围压为200、400、800、1 200 k Pa,等平均应力试验平均应力为200、400、600、800 k Pa。试验结果表明,应力路径对堆石料的颗粒破碎特性有很大的影响。常规三轴压缩试验的应力—应变关系近于双曲线,低围压时试样先剪缩后剪胀、高围压时剪缩;等平均应力试验的应力—应变曲线呈应变软化型,体变表现为先体缩后剪胀。计算得到的颗粒破碎指数表明,等平均应力试验的颗粒破碎最为严重,等向压缩试验的颗粒破碎轻微。     

不同试验方法对混凝土面板堆石坝筑坝粗粒料力学特性的影响分析

结合某混凝土面板堆石坝工程,对筑坝材料各区进行现场大型压缩试验,通过反演计算得到堆石料的邓肯-张E-B模型参数,同时还进行室内三轴压缩试验得到堆石料力学参数。基于上述两种试验方法得到的粗粒料力学参数,采用三维非线性有限元法分别对大坝进行数值模拟计算,结果可知,现场大型压缩试验的试样料颗粒组成与分形特性更接近筑坝粗粒料原级配及分形特性,其加载应力路径也更接近大坝实际填筑及蓄水过程中的应力路径情况。     

筑坝堆石料三轴剪切特性及变形破坏试验研究

为研究不同围压下筑坝堆石料强度及变形特性,利用室内大型三轴压缩试验机进行试验,分析不同围压下筑坝堆石料应力-应变特性、非线性抗剪强度指标及剪胀性的变化规律,探讨Rowe剪胀方程对筑坝堆石料剪胀变形特性的适用性,并揭示其变形破坏机理。试验结果表明：中低围压下,筑坝堆石料应力-应变曲线呈软化趋势,而高围压下则呈硬化特征。非线性抗剪强度指标随围压的增大而逐渐降低。筑坝堆石料在低围压下先发生剪缩后发生剪胀,中高围压下则发生剪缩,且围压越大,剪缩特征越明显。Rowe剪胀方程可适用于表征筑坝堆石料的剪胀变形特性。高围压下引起的颗粒破碎现象是影响筑坝堆石料变形破坏的重要因素,颗粒破碎率越大,剪胀率越小。     

平面蠕变仪的改造及黄土平面蠕变试验

在岩土工程界,对于一些平面应变状态下的黄土蠕变沉降问题,采用三轴蠕变或单向压缩试验不能准确反映其应力应变与时间的关系。为此,先将真三轴仪改造为平面应变仪,然后改进成为平面蠕变仪,保证试样在整个试验过程中处于平面应变状态,且能准确反映其蠕变过程。利用该仪器开展了黄土固结平面蠕变试验,试验结果表明,在偏应力较小时平面蠕变轴向形变量及稳定时间均小于在偏应力较大情况下的值,试样侧面形变规律类似轴向形变规律。同时,试验结果也验证改造后的仪器能较好地应用于平面蠕变相关试验。     

堆石料湿化变形特性研究综述

堆石料是一种重要的土石坝筑坝材料,其湿化变形对土石坝安全运行的影响较为显著。着重梳理总结了堆石料湿化变形特性方面已有的研究成果,指出目前湿化试验仪器主要有固结仪、三轴仪及平面应变仪;试验方法主要包括单线法和双线法;堆石料湿化变形的影响因素主要分为内因和外因;堆石料湿化变形模型主要包括理论模型和经验模型。通过对已有研究成果总结分析,认为在降雨入渗引起的堆石料湿化变形及湿化稳定标准选取等方面还需深入研究。     

广州地区海积软土蠕变特性试验研究

为探求广州地区海积软土在长期荷载作用下的蠕变规律,对广州地区海积软土开展了三轴压缩试验和不同固结围压作用下的三轴固结不排水蠕变试验,系统探讨了海积软土蠕变变形特性。试验结果表明,海积软土蠕变特性与多种因素有关,包括围压水平、偏压力水平、排水条件等;该地区软土具有较强的非线性蠕变特性,非线性特性通过偏应力水平的增大而逐渐显现;孔压增量与应力增量并非线性关系。更多还原     

红层滑坡滑带土经验型蠕变模型研究

四川盆地及边缘广泛分布红层边坡,对人类生命财产带来巨大威胁。滑带土的蠕变特性直接关系到红层边坡的长期稳定性,采用CSS-2901TS土体三轴流变试验机进行三轴固结不排水压缩蠕变试验,以研究红层滑坡滑带土蠕变特性。针对蠕变试验成果,结合经验模型理论,通过双曲线函数描述应力-应变关系,并引入Log-Modified函数来描述应变-时间关系,建立一种新的经验型蠕变模型。利用ε/D-ε关系曲线和Levenberg-Marquardt算法及通用全局优化法求解模型参数。采用所建模型对蠕变曲线进行辨识,R2总体在0.97以上,克服了常规经验型蠕变模型难以辨识加速蠕变阶段的困难。经过验证,所建模型能准确地描述红层滑坡滑带土的蠕变特性。     

沥青混凝土的增量蠕变模型研究

摘要：复杂变应力工作条件下水工沥青混凝土的蠕变不仅与应力状态有关,而且与应力历史和应力路径有关,具 有遗传特性。利用某心墙堆石坝沥青混凝土的室内三轴蠕变试验资料,得到沥青混凝土试样的试验应力与对应最 终剪切蠕变量具有较好的双曲线关系;引入随应力状态改变而变化的蠕变剪切模量,基于Leaderman叠加原理, 建立了可反映复杂应力路径影响的五参数增量蠕变模型。并应用该模型对某坝进行了非线性黏弹性有限元分析, 结果表明：建议模型的计算值与大坝原型实测结果吻合较好,可用于变应力作用下具有遗传特性的沥青混凝土结 构     

堆石料湿化试验变形过程分析

堆石料湿化变形是堆石坝变形的主要组成部分之一。由于堆石料具有流变特性，难以区分堆石料湿化过程中的湿化变形和流变变形。本文采用糯扎渡高心墙堆石坝弱风化花岗岩堆石料，进行了常规三轴试验与饱和湿化三轴试验，对饱和湿化试验中堆石料试样充水饱和过程以及发生的各类变形进行分析。研究表明，在三轴湿化试验中，堆石料试样的充水饱和过程通常会持续一定长的时间。在这个过程中，堆石料试样不仅发生湿化瞬时变形，也会发生一定大小的湿化湿态流变。本文提出了一个进行堆石料饱和湿化试验过程分析的迭代方法，可分离计算在堆石料试样充水饱和过程中所发生的湿态流变的大小，并采用迭代分析后的模型参数，对本文进行的饱和湿化试验进行了定量分析和全过程模拟计算，拟合效果较好，验证了方法的合理性和实用性。     

基于应变屈服临界的岩石黏弹塑性蠕变模型研究

为了研究岩石的非线性加速蠕变特性, 依据岩石蠕变变形不同阶段的力学特征,划分出了岩石由变形发展至破裂需经历的不同黏弹塑性状态,并给出了相应状态的蠕变力学特性。假定岩石在三轴压缩试验条件下,发生延性剪切破坏,推导了应变空间Drucker-Prager准则的临界状态转化的最大剪应变判别式。基于Perzyna黏塑理论,考虑后继屈服硬化作用,引入统计损伤因子,构建了能描述非线性加速蠕变特性的黏弹塑性损伤演化模型;采用岩石全自动伺服三轴蠕变试验机对三峡库区典型砂岩试样开展了蠕变试验,得到了岩石试样在不同应力水平作用下的蠕变变形曲线。结果表明:蠕变试验中,岩样力学性质的时效特征显著,在最后一级应力水平作用下发生了非线性加速蠕变现象。基于提出的黏弹塑性蠕变模型对试验曲线进行拟合,拟合结果说明模型能够较好地反映砂岩蠕变3个阶段变形的规律特征,拟合效果较好。     

水岩作用下露天坑边坡岩石蠕变试验分析

为了探究水位升降对边坡长期稳定的影响,选取莱州仓上露天坑边坡岩石,对经历不同饱水-失水循环次数的岩样进行了三轴蠕变试验。通过分析SγJH蠕变应变-时间曲线及蠕变速率曲线,探究边坡岩石经历饱水-失水循环作用后的蠕变性质变化。进一步利用电镜对经历不同循环次数的SγJH岩样进行扫描,从细微观角度分析了水岩作用对矿坑边坡岩石损伤机理。结果表明:随饱水-失水循环次数增加,相邻循环次数下的SγJH轴向蠕变应变最多提高31%,侧向提高33%;SγJH-15后瞬时弹性应变较SγJH-0提高了54.3%,相邻荷载等级下蠕变应变提高24.3%,蠕变总应变可达到三轴压缩极限应变的80%以上。经历饱水-失水循环后,SγJH稳态蠕变速率不再为0,而是随饱水-失水循环次数增加不断提高,SγJH-15第5级荷载作用下稳态流变速率达到29.2×10^-6/h;在施加各级轴向荷载的瞬时,初期蠕变速率加速度亦有所提升。水岩作用下岩石力学性质变化机理研究方面,由于SγJH内部结构的非均质性,在饱水-失水循环作用下岩样发生微观弱化和破裂,使得原有的应力平衡被打破,从而造成岩石变形曲线产生了不规则波动和突变。     

Experimental investigation of creep behavior of clastic rock in Xiangjiaba Hydropower Project

There are many fracture zones crossing the dam foundation of the Xiangjiaba Hydropower Project in southwestern China. Clastic rock is the main media of the fracture zone and has poor physical and mechanical properties. In order to investigate the creep behavior of clastic rock,triaxial creep tests were conducted using a rock servo-controlling rheological testing machine. The results show that the creep behavior of clastic rock is significant at a high level of deviatoric stress, and less time-dependent deformation occurs at high confining pressure. Based on the creep test results, the relationship between axial strain and time under different confining pressures was investigated, and the relationship between axial strain rate and deviatoric stress was also discussed. The strain rate increases rapidly, and the rock sample fails eventually under high deviatoric stress. Moreover, the creep failure mechanism under different confining pressures was analyzed. The main failure mechanism of clastic rock is plastic shear, accompanied by a significant compression and ductile dilatancy. On the other hand, with the determined parameters, the Burgers creep model was used to fit the creep curves. The results indicate that the Burgers model can exactly describe the creep behavior of clastic rock in the Xiangjiaba Hydropower Project.     

砾质土心墙料蠕变对坝体应力变形的影响

针对砾质土蠕变特性的研究成果较少,原因在于砾质土含有大量渗透性较低的细粒,大试样固结排水效果差,难以获得较好的蠕变试验成果。采用在砾质土大型三轴试样中钻孔灌砂以加速试样的排水固结的方法,进行了某高土质心墙堆石坝砾质土心墙料的蠕变试验,获得了砾质土心墙料的蠕变模型及参数,建立了高心墙坝的三维有限元模型,采用非线性有限元研究了砾质土心墙料蠕变特性对坝体应力变形的影响。研究成果表明:九参数幂级数蠕变模型能较好地描述砾质土的蠕变特性;上、下游坝壳的蠕变对心墙自身变形的影响较小,需要在坝体应力变形计算中考虑心墙料蠕变的影响;当心墙料的蠕变速率快于周围堆石体时,蠕变效应会进一步增加心墙拱效应,反之,蠕变效应会减小心墙拱效应。     

混凝土多轴应力状态下的徐变研究

在搜集国内外有关资料的基础上,通过对混凝土在多轴应力作用下的徐变与强度关系分析,说明在多轴应力状态下不能简单地采用叠加原理。展示了新的三轴徐变量测仪器及其徐变试验成果以及2组多轴与单轴应力状态下的徐变恢复试验成果,并对试验数据进行比较分析,得到多轴应力状态下徐变恢复与应力大小以及持荷时间之间的规律,证实了多轴应力状态下的徐变恢复与已经产生的压缩徐变有密切的关系。