土石坝掺砾心墙料的击实特性研究北大核心CSCD

心墙土料的击实特性能够反映实际工程建设时的压实效果。本文选择一种风积土料和花岗岩砾石料,开展不同含水率、不同掺砾比例及不同击实功等条件下的击实特性试验研究,探索掺砾土料击实干密度与含水率、掺砾比例及击实功之间的关系。试验结果表明:随着含水率的增加,掺砾土料的击实曲线呈先增后减的抛物线型关系;随掺砾含量增大,重型击实功条件下掺砾土料的击实干密度呈现先增后减的变化规律;随掺砾含量增大,轻型击实功条件下掺砾土料的击实干密度近似成比例线性增加;对相同掺砾比例的掺砾土料,随击实功能的增大,其击实干密度逐渐增大,并最终趋于收敛。     

心墙胶结砾质土力学性能及耐久性试验研究

如何有效改善心墙拱效应是高心墙堆石坝建设中亟需解决的重要问题。通常采用砾质土以提高心墙的变形模量,但对于300 m级高坝,砾质土心墙拱效应仍较为明显,而更多掺砾,可能会导致心墙防渗性能下降。本文研究常见的三种固化剂掺加下胶结砾质土作为高心墙坝料的可行性,分析了固化剂类型和掺量对胶结砾质土力学性能和耐久性能的影响,利用扫描电镜分析了不同胶结砾质土性能差异的原因。试验结果表明,HAS?胶结砾质土表现出了更高的抗压抗拉强度、更大的变形模量和更好的韧性,且抗渗性和抗冻性最优,致密性高。故将HAS胶结砾质土作为高心墙坝料,可在不增加掺砾的情况下提高心墙的变形模量,有助于降低心墙拱效应,为超高心墙堆石坝心墙坝料选择提供一种新的可能。     

慢速加载对两河口堆石料侧限压缩变形的影响

堆石料变形具有时间相关性。本文采用两河口特高砾石土心墙堆石坝的坝壳风干板岩堆石料开展不同应力加载速率下的大型侧限压缩试验,以及侧限压缩后卸载再加载试验、蠕变变形试验。对于侧限压缩试验,中低应力下,应力速率越高、变形增量越大、模量越小;高应力下,应力变形过程受应力速率的影响减小,规律反之,即应力速率越高、变形增量越小、模量越高。对应加载全过程,堆石料变形量总体随应力速率提高而增大。侧限压缩后卸载和再加载过程中形成滞回曲线,每次卸载-再加载中有一定的变形累积,每次变形累积增量随卸载-再加载次数逐渐减小,且各次卸载-再加载过程中的平均回弹/再压缩指数随卸载-再加载次数逐渐减小。一般地,应力速率越高,卸载和再加载变形量均更小。同时,应力速率越高,卸载-再加载循环中的变形累积增量越小、收敛也越快。以一定应力速率加载到特定荷载后的蠕变速率与蠕变时间在双对数坐标中近似为线性关系。初始蠕变速率随应力和应力速率增大而增大,而蠕变速率衰减速度随应力和应力速率增大而减小。     

超高心墙堆石坝拱效应分析

心墙拱效应会降低心墙竖向应力,诱发水平裂缝,从而产生水力劈裂,危害大坝安全,这在超高心墙堆石坝中尤为显著。以某300 m级高心墙堆石坝为研究对象,通过实测资料和有限元计算分析了坝体应力沉降规律,探讨了坝体材料对心墙拱效应影响状况及土拱作用较强的部位,进而评估了因拱效应导致水力劈裂的可能性和心墙应力传递随高程的折减情况。研究表明,心墙最大沉降的计算值略低于实测统计值,坝体内部没有出现拉应力;心墙坝基处下游部位拱效应影响较大,坝基以上部位心墙坝轴线处拱效应明显,基本不会因拱效应影响导致出现水力劈裂;拱效应受心墙与坝壳变形模量比和心墙泊松比影响较大;780 m高程以上部位土拱作用明显,导致上部应力向下传递的折减较大。     

两河口堆石料侧限压缩和蠕变的耦合影响研究

采用两河口特高砾石土心墙堆石坝的坝壳风干板岩堆石料,开展了大型侧限压缩和蠕变试验。考察了恒定应力速率加载-蠕变、恒定应力速率加载-卸载-再加载后蠕变中的堆石料体积变形发展过程,以研究加载和蠕变的相互影响。除前期存在卸载或低速加载后的蠕变外,各方案蠕变体积变形随时间发展均大致遵循相似的归一化过程,且应力越高,蠕变变形量值越大;蠕变速率随时间增长而下降,且与时间在双对数坐标系中呈良好线性关系;蠕变速率起始值与应力正相关,但随时间的衰减速度与应力无关,也与之前的加载、蠕变历史没有关系。当前期存在卸载或低速加载时,后继蠕变量值明显大幅减小,且蠕变初期存在蠕变速率随时间逐步增大或随时间维持不变的现象。蠕变后再加载过程类似卸载后再加载过程,侧限压缩模量初期数值明显高于正常加载模量,随着再加载应力增大,模量快速减小并接近正常加载模量。蠕变后继加载过程中后期受之前的蠕变次数、时间影响较小。     

铜场水库大坝施工期渗流及变形资料分析

通过对坝体0+090桩号及0+145桩号施工期沉降及渗流监测成果的分析,初步分析了铜场水库大坝施工期在孔隙压力水和上游水位的共同作用下,心墙内渗透水位上升和沉降量明显偏大的原因。监测成果表明:①坝体施工期沉降量偏大但沉降监测成果符合一般变化规律;②心墙碾压铺料层厚度较厚,层间结合部压实密度较低,心墙压实度较低的部位有少量水渗入;③0+090与0+145断面的倾度为0.001%～0.067%,说明心墙沉降比较均匀。     

超高心墙堆石坝应力变形特点分析

土石坝是世界各国广泛采用的坝型,我国在建和拟建的300m级高坝许多为土石坝.清华大学水利水电工程系近年来参加了糯扎渡、双江口、两河口、古水和其宗等300m级超高心墙堆石坝的应力变形分析工作.论文总结了上述超高心墙堆石坝工程坝料分区特点以及邓肯张EB模型参数的取值范围,选取典型计算成果分析总结了超高心墙堆石坝在坝体应力、心墙拱效应、坝体变形分布、心墙超静孔隙水压力和坝体应力水平分布等方面的一般规律和特点.     

砂卵砾石料强度及变形大型三轴试验研究

对不同相对密度的双江口心墙坝覆盖层砂卵砾石料,进行了各向等压固结排水剪切试验,研究了相对密度对砂卵砾石料的强度及变形性质的影响,结果表明:砂卵砾石料的线性强度指标Ф及非线性强度指标Ф0、△Ф均随相对密度Dr的增加而增大,且Ф0及△Ф与Dr之间均存在良好的线性关系;随着相对密度的增加,试验得到的砂卵砾石料的体变(压缩)量减小,而剪胀性则增大;砂卵砾石料的割线模量及破坏时的泊松比均随相对密度的增加而增大。根据试验数据总结了割线模量E1与Dr、围压σ3之间的关系式,以及破坏时的泊松比V1f与相对密度Dr、围压σ3之间的关系式,据此可作为砂卵砾石变形大小的判断标准。     

不破碎颗粒材料三轴数值试验的模拟

水工材料的力学特性和细观机理难以用现有的连续体力学理论予以解释,颗粒滑移是影响水工材料强度和变形的一个重要因素。该文以钢珠构成的颗粒材料的室内三轴试验为基础,采用颗粒流方法对其细观力学特性及变形破坏过程开展一系列三轴数值试验研究,初步探讨不破碎散体材料一些细观变形机理。研究结果表明：围压越高,初始模量越大,初始泊松比越小;当摩擦系数大,颗粒刚度比小时,初始模量较大;加载过程中孔隙比随轴向应变的增大而增大,且孔隙比增大的速率随围压的增大而减小;低围压条件下,应力变形曲线呈小幅软化和硬化交替波动的形式。高围压条件下,应力变形曲线表现为以硬化为主要趋势的软化和硬化交替波动的形式;应力～应变曲线的波动主要是由于颗粒间局部咬合结构的破坏和重新调整所至。     

饱和重塑黄土在部分排水条件下的力学特性研究

针对黄土地区实际加载工程中部分排水问题,利用多功能GDS应力路径三轴仪开展饱和黄土不同排水条件下的三轴试验,研究了不同排水条件下饱和重塑黄土的强度特性。试验结果表明：饱和重塑黄土的强度随应变增量比的增大而增大,剪切过程中产生的超孔隙水压力随应变增量比的增大而减小;不同排水条件对土的强度特性的影响在两个方面：一是荷载条件,即土的有效应力路径,使得排水和吸水条件的加载模式不同;二是土性条件,即体积变形约束制约着土样剪胀特性的发挥,进而影响内摩擦角的发挥程度,形成渐近状态。根据试验数据,分析了不同排水条件下应力路径及渐进状态变化规律,调整了极限应力比的计算方法,得出饱和重塑黄土的极限应力比与应变增量比的线性关系方程。     

基于不规则颗粒离散元的砾石土三轴数值模拟

心墙砾石土的力学性质直接影响土石坝心墙沉降变形及结构安全。针对目前对其影响因素的研究多集中于砾石掺配比例和空间分布,且存在缺乏考虑砾石形状对砾石土力学性质影响的问题,提出基于不规则砾石形态的砾石土离散元数值分析方法,探究砾石形状对砾石土力学性质的影响。首先,基于三维激光扫描技术构建不规则三维形态砾石模型库,并提出三变量形状评定标准对砾石形状特征进行判定;然后,提出颗粒原位替换法构建砾石土颗粒流模型;最后,进行不同砾石形状的三轴压缩数值试验,分析砾石土的力学性质。结果表明,提出的三变量形状评定标准简单有效,能够精确识别不规则砾石的多重形状特性;砾石形状对砾石土的宏观力学性质影响显著,不同形状砾石数量的均匀性有助于提高试样强度。研究可为改善心墙砾石土力学性质提供参考。     

土石坝坝基液化土层置换材料关键参数优化

土石坝地震液化可能会引起结构失稳、地基失效等问题,严重威胁工程安全,需要设计采用土层挖除置换的抗液化措施。现有土层置换方案往往根据工程经验进行设计,缺少置换材料的定量化优化分析。本文提出了考虑地震作用下土石坝坝基液化土层的置换材料关键参数优化分析方法,基于实际工程数据,通过数值仿真对土层置换材料进行了优化分析,揭示了置换材料孔隙率、密度、体积模量与剪切模量、黏聚力与内摩擦角四组参数变化对液化的影响规律。结果表明,在土体参数常见取值范围内,孔隙率与密度过小或过大的方案的抗液化效果均较差,模量、内摩擦角较大的方案抗液化效果更好;通过方案比选优化,获得了抗液化效果关键参数的优化数值。随后基于优化参数进行模拟分析,实际工程坝体竖向位移总体得到有效改善,下游坝坡坡率优化率达53.9%,动力计算末液化体积残余值优化率达69.6%。所提出的方法为土石坝置换材料的优化分析提出一种可行手段,对于提高土石坝抗液化性能具有参考意义。     

糯扎渡高心墙堆石坝心墙砾石土料变形参数反演分析

采用室内中型三轴试验和现场碾压载荷试验对糯扎渡高心墙堆石坝心墙砾石土料的变形特性进行了研究。试验结果表明，采用掺入35％花岗岩碎石的风化混合土料作为心墙防渗土料是合适的，掺入的碎石料可显著提高心墙土料的变形模量，这对减少心墙和堆石体的不均匀沉降和拱效应，防止心墙发生水力劈裂是十分有益的。对现场载荷试验进行了基于神经网络和演化算法的位移反演分析，在有限元计算中提出了通过给定加载函数初始值来描述坝料由碾压过程所致的初始超固结状态的方法。研究结果表明，对糯扎渡心墙砾石土料，由室内三轴试验和现场载荷试验得到的变形特性基本一致。     

高碾压混凝土重力坝功能梯度结构变形协调分析

高碾压混凝土重力坝中不同功能分区结构界面处往往因材料特性突变而出现破坏与剥离等现象,给工程带来安全隐患。基于新型防渗材料HIAC的特性,在防渗层与主体RCC之间设置过渡层起到辅助防渗及改善分区变形协调的作用,设计了包含矩形、二阶梯、三阶梯三种过渡层的功能梯度结构布置方案,从“变形协调”的角度出发,改变过渡层弹性模量,利用接触理论,分别研究结构整体与材料界面的应力变形规律。结果表明,当过渡层弹性模量高于主体RCC时,坝体中主拉应力处于较低水平;HIAC与RCC法向与切向变形协调状态良好,综合考虑推荐选用三阶梯过渡层,其弹模不宜低于主体RCC。所提出的变形协调分析方法为保证RCC重力坝的精益建造与安全运行提供新的评判手段。     

红黏土的胀缩特性及对检测压实度的影响研究

针对江西红黏土堤坝填筑工程后期检测存在的压实度变化问题,通过对同一土样进行不间断的收缩、膨胀试验,研究了自然干湿循环作用下典型红黏土压实土样的胀缩特性及机理,并对后期压实度的检测偏差进行了分析。试验结果表明:自然干湿循环作用下,压实红黏土具有明显的干缩湿胀特性;无荷载作用时,土样表现出明显的膨胀特性,绝对膨胀率随循环次数的增加而增大,最大膨胀率达12.88%;有荷载作用时,随循环次数的增加表现出压缩特征,且荷载越大,压缩特征越明显。红黏土工程后期压实度的检测结果较施工过程有较大偏差,且不同干湿状态时检测的结果也有明显差异,在后期检测评定中应予以考虑,同时提出了减小偏差的建议。