土石坝料的动力特性与坝体敏感性分析

在对国内多座土石坝坝料的动力试验结果分析与整理的基础上,给出了堆石料、心墙料、坝基砂及反滤料的动剪切模量比和阻尼比与动剪应变关系的均值曲线和上下2倍均方差曲线,并以200m典型心墙堆石坝为例,采用二维有限元法分析了坝体地震动力反应的敏感性.计算结果表明,坝料模量衰减曲线取上2倍均方差、阻尼比增长曲线取下2倍均方差时坝体的地震动力反应最大,为土石坝抗震的控制方案.     

大梁水库大坝饱和砂砾料重塑土液化特性及应变发展模式分析

通过对大梁水库大坝砂砾料重塑土进行动三轴试验,分析了该重塑土在动荷载作用下的力学特性,发现在不同围压、不同固结应力比条件下砂砾料的动强度与振动周数之间均可用乘幂函数进行拟合。在等压固结时轴向应变在动荷载作用下存在一个"临界应变点",该点处的动孔压比约为0.8;而在偏压固结时,轴向应变的增长较平稳,无明显临界应变点。不同固结比条件下动剪应力比与动孔压比变化规律为等压固结时,动孔压比增长较快,且动孔压比能够达到1.0,而偏压固结时最大动孔压比仅能达到0.7左右。     

胶凝堆石料动本构关系及动模量衰减模型

基于动三轴试验,研究了不同围压、不同胶凝含量下胶凝堆石料的动本构关系及动模量衰减规律。结果表明,胶凝堆石料动本构关系仍可用Kondner R L双曲线模型进行描述,围压、胶凝含量对动本构关系均有影响,但围压对其影响较大;胶凝堆石料动模量随动应变的增大而非线性减小,且具有明显的应变软化特征,同等条件下动模量随围压和胶凝含量的增大而增大。根据动模量衰减曲线,提出了动模量衰减模型,通过线性回归分析,得到了胶凝堆石料动模量衰减模型参数表达式,为胶凝堆石坝的动力分析提供了参考。     

超大粒径砂砾石坝料填筑标准的近似确定

结合工程实际情况，在粗粒料现有试验设备基础上，通过最大、最小密度试验，由实测粗粒料（dmax≤80mm模型级配）的ρdmax、ρmin和超大粒径粗粒料（dmax≤400mm原型级配）的ρdmin，来确定超大径粗粒料的ρdmax，为乌鲁瓦提面板坝工程提出了超大粒径砂砾石料填筑标准。     

高土石坝动力反应研究

针对复杂超高应力条件下粗粒筑坝材料的动力变形特性较复杂问题,采用反映粗粒筑坝材料振动硬化特性的动力模型及考虑初始固结围压影响的粗粒料动力残余变形模型,利用试验动孔压比与动剪应力比关系曲线计算动孔压的方法研究了高土石坝的动力反应特性.计算结果表明,大坝遭遇场地谱人工波的最大水平向加速度反应为3.97 m/s2,位于坝项部位;暨直向地震永久变形占坝高的0.17%;受水库蓄水的影响,坝体上游坡的永久变形较下游坡更明显;地震过程中坝体心墙料、反滤料和坝基砂层的动孔压比均小于0.3,不会发生液化;建造于基岩上的高土石坝具有良好的抗震性能.     

掺软岩粗粒料的湿化试验研究

堆石料填筑完成后,初次蓄水可造成不可忽略的湿化变形。采用GDS土动三轴仪对软岩含量为20%的粗粒料进行单线法和双线法湿化试验,获得了不同围压、应力水平下试样的湿化应力应变关系及其轴向变形,并对比研究了单线法和双线法的湿化变形经验公式的差异。结果表明,掺软岩粗粒料三轴剪切应力应变曲线均为应变软化型,湿化应变随围压和应力水平的增大而增大,且与应力水平呈指数型关系;在应力水平较小时,单线法和双线法湿化应变计算的经验公式计算值差距较小,在应力水平较大时,双线法经验公式计算值比单线法大。     

堆石料三轴固结排水剪切试验全过程颗粒破碎特性研究

为研究灰岩堆石料三轴固结排水剪切试验全过程的颗粒破碎特性,通过对不同初始孔隙率下制备试样、不同围压下固结试样、不同围压下三轴固结排水(CD)剪切破坏的试样进行筛分试验,研究了三轴CD剪切试验过程中制样、固结和剪切三个试验阶段的颗粒破碎特性。结果表明,剪切过程中的颗粒相对破碎率最大,固结过程的次之,制样过程的最小;制样过程中的颗粒相对破碎率随试样初始孔隙率的增大基本呈线性减小变化;固结过程中的颗粒相对破碎率随固结压力的增大呈线性增大变化,随试样初始孔隙率的增大基本呈线性减小变化;剪切过程中的颗粒相对破碎率随剪切围压的增大呈线性增大变化,随试样初始孔隙率的增大基本呈线性减小变化。     

粗粒料水平循环单剪动力特性试验研究

针对利用动三轴试验设备进行粗粒料动力特性试验时存在试验成本高和工序复杂等问题,采用自主研发的水平向单剪试验仪,通过大型水平循环单剪试验,研究了粗粒料的动剪切模量和动阻尼比等动力特性。试验结果表明,粗粒料的动剪切模量、动阻尼比与水平剪应变、初始竖向应力、剪切速率和循环数等因素有关。水平剪应变越小,初始竖向应力越大,循环数越多,动剪切模量越大,动阻尼比越小,且动阻尼比随循环数的增多,其减小和增长速率均变小,最终达到收敛。试验结果与动三轴剪切试验结果规律类似,可见采用大型水平循环单剪仪进行粗粒料动力特性试验研究可行、合理。     

围压影响堆石料剪切带的颗粒流模拟

为分析围压对堆石料剪切带的影响,基于颗粒流理论,构造三种不同形态的颗粒簇,建立了堆石料颗粒流模型。通过颗粒流数值模型双轴试验,研究了围压对堆石料剪切带结构的影响。结果表明,试样剪切带呈非对称X形分布,剪切带内颗粒旋转幅度随着围压的增加而增大,剪切带X形轮廓更加清晰。围压对试样颗粒位移影响较大,随着围压增大,颗粒位移不断增大,颗粒位移呈现出的X形剪切带逐渐消退。试样颗粒簇破碎过程与其宏观应力发展同步,剪切带内的颗粒比剪切带外的颗粒更易发生破碎。随着围压的增大,对试样内部颗粒的约束越强,发生局部破坏范围越小,导致试样内部X形剪切带的宽度逐渐变小。研究成果可为工程实践提供指导。     

后龙河水库土坝坝料动力特性试验研究

后龙河水库坝基为砾质粗砂层,上、下游砂壳为人工堆填的砾质粗砂,结构松散,多数不满足抗震要求。为进行大坝动力安全性分析和液化评判,采用振动三轴仪对坝基和上游砂壳砂层的动力特性进行了试验,分析了其动强度、动力变形、动孔压特性,结果表明:砾质粗砂的振动应力比值随振次的增加而减小,随固结比的增大而增大;弹性模量随应变值的增大而减小,阻尼比随应变的增大而增大。     

后龙河水库土坝坝料动力特性试验研究

后龙河水库坝基为砾质粗砂层,上、下游砂壳为人工堆填的砾质粗砂,结构松散,多数不满足抗震要求.为进行大坝动力安全性分析和液化评判,采用振动三轴仪对坝基和上游砂壳砂层的动力特性进行了试验,分析了其动强度、动力变形、动孔压特性,结果表明砾质粗砂的振动应力比值随振次的增加而减小,随固结比的增大而增大;弹性模量随应变值的增大而减小,阻尼比随应变的增大而增大.     

后龙河水库土坝坝料动力特性试验研究

后龙河水库坝基为砾质粗砂层，上、下游砂壳为人工堆填的砾质粗砂，结构松散，多数不满足抗震要求。为进行大坝动力安全性分析和液化评判．采用振动三轴仪对坝基和上游砂壳砂层的动力特性进行了试验，分析了其动强度、动力变形、动孔压特性，结果表明：砾质粗砂的振动应力比值随振次的增加而减小，随固结比的增大而增大；弹性模量随应变值的增大而减小，阻尼比随应变的增大而增本.     

缩尺效应对堆石料颗粒破碎特性的影响

受试验仪器在试样尺寸上的限制,室内试验中需要对试验土料进行缩尺处理,因而堆石料的缩尺效应对颗粒破碎的影响成为其本构关系研究中亟待解决的问题。采用相似级配法和混合法对微风化灰岩料进行缩尺,缩尺后试样最大粒径分别为60、40、20、10 mm。通过三轴固结排水剪切试验和筛分试验,利用提出的相对破碎率计算方法,计算了试样剪切前后的相对破碎率。结果表明,制样过程中产生的颗粒破碎不可忽略。相同条件下,试样的相对破碎率随最大粒径的增大而增大;混合法缩尺后试样的相对破碎率大于相似级配法缩尺试样。基于试验结果,提出了考虑缩尺效应的堆石料相对颗粒破碎率估算方法。研究结果可为建立考虑缩尺效应对颗粒破碎影响的堆石料本构模型提供理论依据。     

膨胀土干湿循环作用下的动力特性试验研究

为研究干湿循环作用下膨胀土的动力特性,对干湿循环条件下膨胀土进行动三轴试验,研究了围压、干湿循环次数、振动次数对于膨胀土动弹模量、阻尼比的影响规律。试验结果表明,土体在动荷载作用下的变形分为稳定型和破坏型,稳定型土体的动弹模量随振动次数增加而略有增加,阻尼比则有减小趋势,破坏型土体在较少的振动次数下很快达到破坏应变。建立了膨胀土的累积变形预测模型,可用于分析土体的累积变形随振动次数的变化规律。不同动应力条件下,土体的滞回圈形态从稀疏到密集,面积逐渐减小,较大应力作用下滞回圈的高度随振动次数的增加逐渐降低。首次干湿循环后对土体的影响最为显著,随后影响趋势逐渐减弱,随着干湿次数的增加,相同应力条件下土体需更多的振动次数才能保持稳定。     

面板坝次堆石区力学特性对坝体变形协调的影响

以厦门抽水蓄能电站上水库面板堆石坝为研究对象,采用三维非线性有限元法和邓肯E-B模型,设计多组不同力学特性的主次堆石料组合,对比分析坝体变形及面板位移,探究蓄水期坝体各部位变形受堆石材料性能变化的影响程度。建议面板堆石坝主次堆石区变形协调的变形梯度极限指标为3%,同时以地震永久变形量作为抗震校核的指标。对于该工程,在现有填筑料的基础上,适当提高次堆石料力学性能,坝体坝轴线下游侧水平及垂直位移均显著降低,位移的极值部位向坝轴线靠近,高程略有上升;次堆石料的变形模量对面板的挠度影响不大。     

考虑侧向约束的堆石料颗粒破碎试验研究

堆石料的变形与颗粒破碎所引起的颗粒滑移和填充密切相关,通过室内大型单轴固结试验和三轴剪切试验,以Marsal破碎率为量化指标,分析了堆石料的颗粒破碎情况。结果表明,在单轴固结试验中,破碎率随轴压的增加而增加,两者的关系可用指数函数表示;在三轴试验中,随围压的增加,破碎率不断增加并最终趋于稳定,两者的关系可用幂函数表示。在两种试验条件下颗粒破碎情况差别很大,而这主要是由不同侧向约束所引起的,因此可依据侧压力系数的不同,采用不同函数计算破碎率。     

浇筑式沥青混凝土动应力-应变试验及影响因素敏感性分析

以新疆某心墙浇筑式沥青混凝土材料为例,对其进行动三轴试验,研究了浇筑式沥青混凝土动应力-应变骨干曲线的变化规律及不同围压、主应力比和振动频率对浇筑式沥青混凝土动应力-应变骨干曲线的影响,并基于正交设计方案,以动应力为考察指标,分别采用极差和方差分析法分析了围压、主应力比和振动频率的敏感性。试验结果表明,浇筑式沥青混凝土材料动应力-应变骨干曲线变化基本符合双曲线规律,围压和主应力比对动应力-应变骨干曲线的影响较大,随围压和主应力比的增加,沥青混凝土的动强度明显增大;振动频率对浇筑式沥青混凝土材料动应力-应变骨干曲线的影响较小,不同频率下的骨干曲线均集中于狭窄的分布带内,高振动频率的动强度略大于低频下的动强度。围压和主应力比对动应力的影响比较显著,是影响动应力的主要因素,振动频率对动应力的影响不显著,影响因素的敏感性依次为围压、主应力比和振动频率。     

广义塑性模型在海洋砂土中的适用性研究

为研究广义塑性模型在海洋砂土中的适应性,采用静、动三轴仪对海洋砂土进行了固结排水剪切及固结不排水循环剪切试验,根据试验结果拟合出砂土的广义塑性模型参数,并利用此参数对动模量和阻尼比试验进行了数值模拟,比较了试验结果与模型拟合结果的差异。结果表明,计算结果与试验测定的动模量、阻尼比与动应变的变化规律一致,该模型能很好地反映砂土单调加载的应力－应变特性及小应变阶段的循环加载条件下的变形特性。     

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。     

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。