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。     

高围压状态下堆石料湿化变形特性

堆石料是土石坝的主要填筑材料,其湿化变形特性对土石坝蓄水期变形有显著影响。对两河口水电站的2种筑坝堆石料,采用单线法分别开展围压为0.5、1.0、2.0、3.0 MPa的大型三轴湿化变形试验。结果表明：随着应力水平和围压增加,堆石料轴向湿化变形和体积湿化变形都显著增大,与中低围压下的湿化变形规律相近。高围压下的各向等压湿化变形,堆石料体积湿化应变与围压在双对数坐标中仍服从直线关系,轴向湿化应变与围压不再满足直线关系。高围压下的偏压湿化变形,堆石料体积湿化应变与轴向湿化应变之比一般在0～2范围内,与围压呈现近似水平发展趋势,随应力水平的增加而逐渐降低。采用六参数湿化模型,仍能准确表达轴向湿化变形、体积湿化变形随应力水平、围压的变形规律。     

堆石料湿化变形计算模型及方法研究

水库蓄水和降雨入渗可导致土石坝发生显著的湿化变形,从而对坝体的应力变形性状产生重要的影响。合理的湿化变形模型和计算方法是模拟分析土石料浸水湿化变形特性的重要前提。论文基于三轴湿化试验研究成果,建议了一种新的堆石料湿化变形计算模型。该模型利用湿化变形方向的平行特性,采用堆石料本构模型计算相应的湿化体应变分量。新提出的模型仅需要一个湿化轴向应变模型参数。分别采用邓肯张EB和沈珠江双屈服面模型讨论了新湿化变形模型的具体计算模式,并通过与试验结果的对比验证了新模型的实用性。用改进的沈珠江三参数模型计算最终体应变和最终剪应变,湿化后的饱和流变规律与饱和试样的流变规律一致,湿化过程不会影响堆石料的饱和流变数值和规律。     

堆石料的长期变形特性研究

堆石料的变形控制影响坝体防渗体系和运行安全,是高土石坝建设的关键问题,堆石料的长期变形在坝体变形控制中的作用受到越来越多的重视。总结和梳理了国内外学者在流变、湿化与水位变动、干湿和温度循环,以及尺寸效应等条件下堆石料长期变形的研究成果,介绍了中国水利水电科学研究院研究团队在堆石料长期变形试验研究和模型研究的进展。研究结果表明,堆石料长期变形发展在坝体运行过程中的影响不容忽视,将显著影响坝体不同分区的变形协调以及面板受力分布,进而影响坝体安全。本研究成果可为堆石料长期变形相关研究提供技术支撑。     

粗粒土的湿化变形规律研究

为了研究粗粒土的湿化变形规律,给土石坝蓄水后的变形计算提供依据,在综合分析前人"单线法"湿化试验成果的基础上,将湿化轴向应变分为由围压引起的应变和由偏应力引起的应变两部分,同样也将湿化体积应变分为由围压引起的应变和由偏应力引起的应变两部分,总结相应的规律,提出湿化变形计算公式。然后,结合不同学者的试验数据对文中提出的湿化变形计算公式进行验证。结果表明,堆石料湿化变形计算中,围压引起的湿化轴向应变与围压成幂函数关系,围压引起的湿化体变为轴变的3倍,偏压引起的湿化轴变与应力水平成双曲线关系,偏压引起的湿化体变与轴变成比例。通过数据拟合可知,文中提出的湿化变形公式与试验数据符合较好,可用于土石坝湿化变形计算中。     

粗粒土的湿化变形规律研究

为了研究粗粒土的湿化变形规律,给土石坝蓄水后的变形计算提供依据,在综合分析前人“单线法”湿化试验成果的基础上,将湿化轴向应变分为由围压引起的应变和由偏应力引起的应变两部分,同样也将湿化体积应变分为由围压引起的应变和由偏应力引起的应变两部分,总结相应的规律,提出湿化变形计算公式。然后,结合不同学者的试验数据对文中提出的湿化变形计算公式进行验证。结果表明,堆石料湿化变形计算中,围压引起的湿化轴向应变与围压成幂函数关系,围压引起的湿化体变为轴变的 3 倍,偏压引起的湿化轴变与应力水平成双曲线关系,偏压引起的湿化体变与轴变成比例。通过数据拟合可知,文中提出的湿化变形公式与试验数据符合较好,可用于土石坝湿化变形计算中。     

堆石料工程特性试验研究

堆石料是土石坝的主要筑坝材料,也是土力学的主要研究对象之一.根据水布垭工程在堆石料方面的试验工作总结,介绍了堆石料剪胀性、蠕变性、试验成果的不确定性方面的研究成果.并建立了相应的蠕变模型,工程实践表明,实验室试样的蠕变过程有可能短于堆石料工程(如堆石坝体)的蠕变过程,堆石料的蠕变表现出与颗粒聚合体的尺度密切相关.     

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。     

堆石料湿化变形特性试验研究

通过室内大三轴单线法对堆石料的湿化变形进行了试验研究,探讨了在不同密度、不同围压、不同应力水平状态分别对堆石料进行浸水后变形特性的规律性研究,根据建议的湿化模型整理了计算参数。试验结果表明:随着围压增大、浸水应力水平提高,堆石料的湿化轴向应变变大,在围压和应力水平增加超过某一范围后,堆石料的湿化轴向应变明显增大。湿化轴向体变随围压浸水应力水平的变化不是很明显。随着堆石料密度的提高,堆石料的湿化变形量产生一定量的减少。     

堆石料蠕变试验方法研究

堆石料是土石坝的主要填筑材料,其蠕变特性研究是土力学热点之一。蠕变试验的方法主要有三轴试验和单向压缩试验两种。三轴试验是研究堆石料常用的试验方法,其轴向变形主要是偏应力引起的剪切变形。而单向压缩试验,作为一种可以研究 K0 状态下堆石料的蠕变特性的试验方法,目前对此的研究较少。应用大型三轴仪(Ф300mm) 和大型叠环式固结渗透仪(Ф500 mm) ,选用双江口堆石料,分别进行了堆石料的蠕变试验,成果表明两种蠕变试验的剩余蠕变量与时间的关系都可以采用幂函数准确表达。三轴试验成果验证了九参数蠕变模型的通用性,根据单向压缩试验成果提出了简单的经验公式。最后对两种试验成果进行了比较分析,发现单向压缩蠕变可以视为应力水平为 0.4 时的三轴蠕变,其不能反映应力水平对堆石料蠕变特性的影响。因此,要对堆石料进行蠕变研究,宜采用三轴蠕变试验。     

土石坝工程领域的若干创新与发展

我国高土石坝数量居世界之首,保证高坝大库建设与长期运行安全是国家经济和公共安全保障的重大需求。系统总结了长江科学院近年来在土石坝工程领域的若干创新与发展。提出了基于“旁压模量当量密度法”的粗粒料级配相似理论试验方法;介绍了研发的系列CT三轴仪,实现了粗粒料组构要素的定量测量;提出了三轴试验中加载板与试样之间由滑动摩擦变为滚动摩擦、整体式接触变为分散式接触的减摩新方法,研发了相关减摩装置;研制了大尺寸、高压力、微摩擦、刚柔复合加载的土工真三轴仪;揭示了粗粒料真实三维应力条件下的强度与变形变化规律、湿化与蠕变变形特性;构建了粗粒料三参量非线性K-K-G剪胀模型、六参数湿化模型、九参数蠕变数学模型及相应的参数确定方法;基于当量密度法的原创思想,提出了利用旁压试验间接确定超百米级深厚覆盖层现场密度的试验方法。上述研究成果可为高土石坝工程建设提供重要科技支撑。     

堆石料动力残余变形特性试验研究

通过大型动三轴试验,对某水电站土石坝主堆石料的动力残余变形特性进行了试验研究,并结合数据探讨了沈珠江模型的适用性。分析表明沈珠江残余变形模型计算结果与实际结果有时存在较大偏差,不能很好地描述较高动应力情形下的动力残余变形全过程曲线。充分考虑振次和动应力比对残余变形的影响,对沈珠江模型进行了改进,使残余变形与振次的关系更符合实际。不同动应力和围压下堆石料的残余变形实测值和模型计算值对比表明,改进模型对残余体应变和残余剪应变均能较好地拟合。     

围压对堆石料和砂砾料强度及变形特性的影响

大石峡混凝土面板砂砾石坝主要采用砂砾料和堆石料两种不同的筑坝材料,对上述两种粗粒土开展了不同围压下的大型三轴试验,对堆石料和砂砾料的强度及变形特性进行了对比分析。结果表明,在试验的孔隙率和相对密度条件下,上述两种材料基本呈应变硬化型,在低围压下剪胀、高围压下剪缩;相比砂砾料,堆石料强度、体变模量和剪切模量参数均较低,受围压影响更大。图4幅,表3个。     

广义塑性模型在狭窄河谷面板坝中的应用

文章以黔中水利枢纽狭窄河谷面板坝为例,建立了相应的三维模型,采用广义塑性模型预测了堆石料三轴加载下的强度和变形特性,并将广义塑性模型嵌入数值模拟计算程序中计算了此面板坝的变形情况。预测结果表明:广义塑性模型可以较好地模拟堆石料三轴试验应力变形特性,计算结果可以反映堆石坝的变形情况,同样可以应用于土石坝工程变形计算。     

堆石料湿化软化特性及计算模型研究

在分析堆石料工程特性的基础上,提出了堆石料浸水软化和湿化计算模型,并以某面板堆石坝为例进行了计算,结果表明:堆石体湿化变形将引起坝体沉降量增加,从而导致混凝土面板挠度和面板内应力增大;浸润线以上堆石体湿化变形随降雨量增大、饱和度提高而增加,当堆石体完全饱和时湿化变形最大;堆石体湿化和软化变形主要受饱和度及风化胶结物含量的控制.     

高土石坝建设的若干应用基础研究问题

筑坝材料的静、动力工程特性与土石坝静力和地震动力分析及评价方法研究是岩土力学的重要内容，岩土力学随土石坝建设的发展而发展。本文总结了高土石坝建设发展的一些新情况和新趋势，提出了若干需要重点研究的应用基础问题，包括：覆盖层工程力学特性研究；粗粒料工程力学特性试验模拟方法研究；复杂高应力下筑坝材料的变形和强度特性研究；土石坝堆石料长期变形问题研究；覆盖层与上部建筑物相互作用的数值分析方法研究；高土石坝综合评价方法和评价标准研究；覆盖层处理技术研究；高土石坝抗震研究等。     

水位升降过程中细粒流失促进堆石料湿化变形的试验研究

堆石料在周期性水位循环升降作用下会产生细粒流失现象,从而加剧堆石料的湿化变形。以某发生显著后期变形的心墙堆石坝的上游堆石料为研究对象,采用侧限压缩潜蚀试验装置,针对连续和间断两种颗粒级配的试样,对比开展了恒定水位和升降水位条件下的单轴固结湿化变形试验,得到了轴向应变和细粒流失量的发展过程。试验结果证实,周期性水位升降引起的细粒流失会促进湿化变形的发展,其影响程度与颗粒级配、竖向压力、水位升降速率及初始含水率有关。连续级配试样的内部稳定性优于间断级配试样,细粒流失量更少,因此提高堆石料级配的连续性会降低细粒流失对湿化变形的促进作用。增大竖向压力会提高堆石料内部颗粒间约束力,降低细粒流失量,从而降低细粒流失对湿化变形的促进作用。水位升降速率的提高会增大水对颗粒的渗透力,从而增大细粒流失量,加大湿化变形。增大初始含水率会提高堆石料的压实性,颗粒排列更紧密,细粒流失困难,降低了细粒流失对湿化变形的促进作用。     

大型高压三轴仪和平面应变仪的研制及应用

近年以来,从各方面的情况都表明堆石料是建高土石坝的最经济的材料。其方量约占整个坝体堆料的三分之二以上。为了进一步研究堆石料的强度和变形特性,需要采用大型试验设备。作一次大型堆石料试验,要耗费很多人力和时间,而建立这样一套设备费用很大。因此,只有多数国家如美国、墨西哥、日本、及意大利等国有这样的设备。有关堆石料的研究     

含部分软岩的堆石料用于高土石坝堆石区基本特性研究

本文主要依据卡基娃、董菁和多诺面板堆石坝及毛尔盖、两河口、水牛家等高心墙堆石坝的含部分软岩堆石料的室内研究成果及工程应用,探讨了含部分软岩堆石料的物理力学性质及软岩含量对其力学性质影响。结果表明:软岩含量在30%内的堆石料具有低压缩性,高抗剪强度,仍可满足工程要求;提出了软岩含量在30%以内的堆石料工程特性参数。本研究成果扩大了堆石料的选材范围,有利于土石坝工程就近取材、缩短工期、降低工程造价等等,成果可供类似工程参考。     

钢筋在堆石料中的拉拔试验研究

作为一种有效的土石坝抗震加固措施,加筋在高土石坝建设中正被越来越广泛地运用。钢筋与堆石料接触特性及影响因素研究是合理进行加筋设计的前提。通过室内拉拔试验研究了钢筋与堆石料的界面摩擦特性,揭示了不同上覆压力、堆石料含水状态、堆石料级配及孔隙率等因素对试验结果的影响。结果表明,堆石料与钢筋接触面剪应力与拉拔位移曲线呈下端开口的抛物线形状,上升段陡于下降段,残余剪应力数值不稳定;4个影响因素中,上覆压力与峰值剪应力曲线近似于线性正比关系;孔隙率和峰值剪应力曲线类似于线性反比关系;级配平均线的峰值剪应力与拉拔位移曲线位于级配上包线的试验曲线之上;饱和含水状态下堆石料的峰值剪应力与拉拔位移曲线远低于风干状态。