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。     

堆石料蠕变特性试验研究

通过三轴蠕变试验,考虑坝体填筑的应力路径,对两河口水电站堆石料蠕变特性进行了探讨,分析了其蠕变机理、蠕变模型及参数确定方法。堆石料的轴向和体积蠕变可采用幂函数ε=a(t/t0)b拟合。a为试样初始蠕变,b表征了试样的蠕变速率,与应力状态有关。堆石料轴向和体积初始蠕变均随主应力差的增大而增大,轴向和体积蠕变指数均随围压增大而减小,体积蠕变指数还随主应力比增大而减小。拟合得到的蠕变模型具有良好的效果。     

先期加载历史对堆石料体积蠕变的影响研究北大核心CSCD

为深入研究堆石料的体积蠕变特性,对风干板岩堆石料开展了一系列不同先期应力速率和前期固结条件的侧限蠕变试验。先期应力速率与后继蠕变初期速率正相关,但先期应力速率高于一定数值后,对后继蠕变初期速率的影响减弱。正常固结状态下,采用较高先期应力速率时,后继蠕变速率发展过程与Singh-Mitchell模型符合较好;当先期应力速率较低时,蠕变初期速率小于较高先期应力速率对应的蠕变初期速率,且减小较慢,直到蠕变持续一定时间后,蠕变速率及其随时间的减小规律开始与较高先期应力速率对应的蠕变速率发展一致,蠕变速率与时间在双对数坐标中恢复为负相关的线性关系。经历先期加载、压密而存在超固结的状态下,后继蠕变初期速率、蠕变量仍与蠕变应力和先期应力速率正相关,但数值远小于正常固结状态相同蠕变应力和相同先期应力速率条件下的相应数值;与正常固结、较低先期应力速率下的情况类似,超固结条件、较高先期应力速率加载后的后继蠕变初期速率下降较为缓慢,直到蠕变发展一定时间后,蠕变速率开始与正常固结、较高先期应力速率条件下的蠕变速率过程一致。当超固结且具有相同前期固结压力时,蠕变应力越大,则蠕变量、后继蠕变速率越高。     

九甸峡堆石料蠕变特性试验研究

通过大型三轴蠕变试验,对九甸峡面板堆石坝堆石料进行了研究,对其蠕变机理和模型进行了探讨,并对蠕变模型参数的影响因素和取值范围进行了分析。九甸峡堆石料轴向蠕变在半对数坐标中与时间基本上呈线性关系,而体积蠕变则在双对数坐标中与时间有良好的线性关系。因此,可采用对数函数εa=a＋blgt描述轴向蠕变与时间的关系,采用幂函数εv=αtβ拟合堆石料体积蠕变与时间的关系,模型参数可以通过三轴蠕变试验获得。     

堆石料现场侧限压缩试验解耦K-G模型参数分析方法及在面板坝中的应用

本文利用解耦K-G模型能适应不同应力路径的特点,提出一种堆石料现场侧限压缩试验(=132cm)解耦K-G模型参数的分析方法。该方法能求得解耦K-G模型的4个主要参数,突破了侧限压缩试验只能用于求取压缩模量Ea一个参数的局限。从而解决了用室内三轴试验(=30cm)参数存在的“缩尺效应”等影响,并对三板溪面板堆石坝进行了三维有限元分析。     

冻融循环下堆石料变形特性与抗剪强度试验研究

反复的冻融循环是在严寒地区影响高土石坝安全的重要问题。本文依托西藏澜沧江如美高心墙堆石坝工程，利用清华大学研制的堆石料风化试验仪，对如美筑坝堆石料进行了不同法向应力条件下的冻融循环试验和直剪试验，研究了冻融循环过程中堆石料的变形与强度特性。试验结果表明，在一个冻融循环周期内，堆石料试样会依次经历“融缩”—“冻缩”—“冻胀”3个典型状态。冻融循环后会使堆石料试样产生较大的回胀变形，可使试样的密实度和抗剪强度有所降低。20次冻融循环后可使试样的就机抗剪强度降低约11.5%到15.4%。     

堆石料动力变形特性的尺寸效应研究

开展了反应堆石料尺寸效应的大、中型动三轴试验研究,分析了试样尺寸与堆石料剪切模量和阻尼比的变化关系.基于动三轴试验成果进行了反映堆石料尺寸效应的细观数值模拟研究.首先分析了细观参数对数值模拟结果的影响,得出了细观剪切模量、细观泊松比和细观摩擦系数与试样宏观动剪切模量和阻尼比的变化关系.其次进行了不同试样尺寸的堆石料细观数值模拟研究.数值模拟过程中不同试样尺寸采用的试验级配采用相似级配法进行制备,试验过程中控制试样的孔隙率相等.根据细观参数与颗粒直径之间的变化关系,通过数值模拟分析得出了试样最大动剪切模量和阻尼比随颗粒最大直径的变化的规律,建立了反映堆石料尺寸效应的最大动剪切模量计算公式.     

堆石料动力特性参数对面板堆石坝三维非线性地震响应的影响

本文通过变化堆石微小应变下的剪切模量以及剪切模量衰减曲线和阻尼比递增曲线的取值范围,利用三维等价线性有限元动力分析方法研究了材料动力特性对于高混凝土面板堆石坝的地震反应的影响,多种方案的计算结果对比分析表明,坝料的动力特性对于面板堆石坝等效线性振动体系特性,堆石体地震响应与面板动应力等具有显著的影响。     

钢珠模拟堆石料三轴试验研究

颗粒滑移是影响堆石体强度和变形的主要因素之一.本文采用钢珠人工模拟堆石料进行常规三轴排水试验,探讨堆石料变形细观机理对其强度和变形特性的影响.研究工作表明,不破碎模拟堆石料的莫尔-库仑强度包线为过原点的直线.在峰值强度以前,不破碎人工模拟堆石料的变形近似满足Rowe剪胀方程.在峰值强度以后,颗粒组咬合结构的崩塌失稳变形可显著地削弱土体的剪胀,此时Rowe剪胀方程会过高估计堆石料的剪胀变形.修正Rowe剪胀方程对颗粒非滑移变形具有更好的适应性.     

利用CMV评估堆石料压实质量的神经网络模型

土石坝压实质量对大坝安全至关重要,通过压实质量评估模型可实现对压实质量实时监控。传统碾压施工采用固定的碾压方案,碾压参数在碾压过程中不改变,而在智能压实过程中,碾压参数根据当前压实状态进行优化调整,因此压实质量评估模型必须考虑碾压参数。通过堆石料现场碾压试验,分析了压实计值(compaction meter value,CMV)与堆石料相对密度和碾压参数的相关性。结果表明,CMV与堆石料相对密度具有较强相关性,可作为堆石料压实质量监测指标,碾压机振动频率和车速对CMV影响显著,行驶方向对CMV影响较小。最后基于现场试验和径向基(RBF)神经网络,建立了考虑碾压参数变化的堆石料压实质量评估模型。与试验结果对比表明该模型具有较高精度。     

基于改进遗传算法的堆石体流变模型参数反馈分析

本文提出一种序列二次规划优化算法与标准遗传算法结合的流变模型参数反馈分析方法,这种算法既发挥了序列二次规划优化算法省时、高效、局部搜索能力强的特点,又发挥了遗传算法可以搜索到全局最优解而避免陷入局部极小值的优点,改善了常规遗传算法的收敛速度。将遗传算法搜索到的全局最优近似解作为初始值,代入收敛效率较高的序列二次规划程序进行最终局部优化。以某堆石坝为例,应用上述反演方法对高围压下的堆石体9参数流变模型参数进行了反演分析,验证了此方法的可行性与有效性。     

基于幂函数流变模型的高混凝土面板坝流变分析

采用高围压下的幂函数流变本构模型进行堆石体应力变形计算,推导该本构模型在三维有限元分析中的具体算法和实现步骤,对水布垭面板堆石坝进行了考虑堆石流变性的应力应变分析。结果表明,考虑堆石流变后的坝体沉降有明显的增加,对面板的应力变形状态有较大影响。因此,对于分期浇筑面板、分期蓄水的水布垭高面板堆石坝,选用合适的流变模型正确模拟堆石体的变形特性,以便采用合适的施工程序减小面板应力变形具有重要意义。     

考虑温度变化和长期变形的面板堆石坝模拟

面板裂缝是影响混凝土面板堆石坝安全和性能的关键因素之一。本文基于ABAQUS软件,开展了堆石体长期变形与混凝土水化热、时空不均匀分布温度场边界施加等二次开发,以老挝某混凝土面板堆石坝为研究对象,研究了堆石体长期变形、混凝土水化热、环境温度变化的联合作用机制。分析了堆石体长期变形量值、面板浇筑时间过程、环境温度数值和分布模式等对面板应力变形的影响,揭示了混凝土浇筑后早期水化热温升和环境温度影响导致面板表面较大顺坡向拉应力是面板大量早期水平裂缝的主要原因;同时也发现,即使对于浇筑后较长时间,考虑温度变化情况下计算出的面板拉应力也高于不考虑温度变化情况。计算分析可为面板浇筑时机选择,面板温度裂缝、变形裂缝分类防控等提供技术依据。     

侧限压缩条件下原状黄土变形计算方法的探讨

土体的结构是其强度、变形的内在的决定因素.黄土是一种典型的结构性土,其结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定,由此,提出基于变形条件的黄土结构性参数即联结结构变形势参数mp1、摩擦结构变形势参数mp2以及结构变形势参数mp,分析黄土的结构性参数的变化规律,提出了考虑黄土结构性的侧限压缩条件下原状黄土变形的计算方法,并给出了用于沉降变形分析所需的计算参数.     

软岩堆石料降雨湿化变形试验研究北大核心CSCD

软岩堆石料受外部降雨引起的填筑体湿化变形显著,对工程变形控制和运行安全带来挑战。本文分析了降雨条件下材料湿化应变基本规律,发现早期降雨湿化应变占比较高,且与时间的关系可用双曲线较好描述;探讨了单次降雨材料湿化应变发展规律,发现前期单次降雨时湿化应变随时间的变化也具有双曲线特点;同时分析了降雨强度对整体湿化应变规律的影响,结果表明随降雨强度增大,材料湿化应变速率增加,但应变量值却有一定程度的下降。此外,也研究了降雨强度对单次降雨湿化应变的影响,建立了基于降雨条件的非饱和入渗双曲线湿化变形计算模型,基本能反映降雨导致的软岩堆石料湿化变形规律。     

高堆石坝面板随机动力分析和抗震效果研究

强震作用下,高面板堆石坝面板中上部会产生较大顺坡向拉应力,可能导致面板开裂。已有研究表明,针对顺坡向拉应力较大的区域设置永久水平缝可有效降低该应力,而以往对于其抗震措施效果的研究多采用单一地震动进行确定性分析,缺乏考虑地震动过程不确定性对抗震措施效果的影响。本文以300 m高坝为例,基于随机动力方法,确定了面板顺坡向高拉应力区,并对水平缝设置长度进行讨论。联合广义概率密度演化方法,分别选择特定方向和典型单元对水平缝影响区域和顺坡向拉应力的降低作用进行研究,结果相互验证。从概率角度表明了水平缝抗震效果,并为其他抗震措施效果的研究提供新的思路。     

基于时序分解与深度学习的堆石坝变形预测

堆石坝变形监测数据是一种时间序列数据,可以用时序预测模型挖掘其规律并进行预测。本文利用时序预测模型提出一种堆石坝变形预测方法,该方法首先采用时间序列分解（seasonal-trend decomposition procedure based on loess,STL）将堆石坝变形监测数据分解为趋势项、周期项和不规则波动三部分,再使用经验模态分解（empirical mode decomposition,EMD）对不规则波动平稳化处理,最后利用长短期记忆网络（long short-term memory,LSTM）预测分解后的序列,并利用贝叶斯优化方法进行超参数优化。为评估该方法的预测效果,以水布垭面板堆石坝为例,通过控制训练时长、预测时长、离群值数目等变量进行多组仿真实验,并与其他时序预测模型对比。结果表明该方法预测精度较高,适用性较广,对于堆石坝的性状评估具有一定的应用价值。