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。     

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。     

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。     

镍基合金C276的高温蠕变性能和行为

材料问题尤其是燃料包壳材料是超临界水堆的两大难题之一。文中以包壳候选材料之一镍基合金C276为研究对象,对其在600~750℃/130~500 MPa条件下进行高温蠕变试验,考察温度和应力对蠕变过程的影响;分析稳态蠕变速率随应力和蠕变断裂时间的变化规律;揭示了蠕变断裂时间与应力间的关系;并比较了分别由Monkman-Grant经验公式和L-M参数法预测各温度的蠕变寿命的可靠性。结果表明:C276具有良好的高温蠕变性能,且600℃低应力水平及650~750℃下的稳态蠕变速率与所施加的应力在双对数坐标系下呈较好的线性关系,但在600℃高应力水平下偏离了这种线性关系。     

土石坝掺砾心墙料的压缩特性研究北大核心CSCD

土石坝施工完成后的坝体沉降变形是工程上重要的关注点。本文选用一种风积土料和一种花岗岩砾石料,对掺砾土料的压缩特性开展试验研究,探讨掺砾比例、应力等级以及压实度对掺砾土料压缩特性的影响规律。试验结果表明:心墙土料掺砾后压缩性有着明显的改善,土料压缩模量随竖向应力的增大而提高,但随着竖向应力的持续增大,压缩模量的增加速度逐渐减小;掺砾比例和压实度均对土料压缩模量有较为明显的影响,随着掺砾比例和压实度的增加,压缩模量基本呈现随之提高的变化规律,但也发现过高的掺砾比例将会因砾石受到竖向应力产生颗粒破碎而使压缩模量降低;掺砾土料的孔隙比随竖向应力的增大而减小,低应力条件下孔隙比减小的速率较快,高应力条件下孔隙比减小速率下降并趋于稳定;结合掺砾后压缩模量的变化规律,对坝体不同高度处心墙掺砾比例的优化调整进行了探讨。     

堆石料干湿循环变形特性试验研究

采用中型三轴试验仪,对堆石料进行了各向等压条件下与偏应力条件下的干湿循环试验,探究堆石料在浸水湿化和排水干燥循环过程中的变形特性以及应力状态对堆石料干湿循环变形的影响。试验结果表明:在各向等压条件下,较低围压时,干湿循环过程中的湿化体变量随围压的增加而增加,较高围压时,不呈现此规律;且湿化体应变主要发生在初次浸水饱和的过程中。偏应力条件下,湿化变形的方向与发生湿化时加载变形的方向一致,而排干过程中变形的方向朝体缩方向发生明显偏转,可能主要发生流变变形;初次浸水湿化变形的变形量非常显著,在试验条件下初次湿化轴变量与总湿化轴变量的比值为75%~95%;较低围压时,初次湿化轴变量随着围压与应力水平的增加而增大,而较高围压时随围压的变化不符合此规律。堆石料试样在干湿循环过程中发生的变形(体应变与轴向应变)随循环次数逐渐增加,并趋于稳定,可用双曲线模型来表示试样干湿循环变形随循环次数的变化。     

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。     

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。     

球应力循环条件下堆石料变形特性的试验研究

库水位反复升降过程中堆石体的应力状态表现为偏应力基本恒定、球应力往复循环变化,为探求球应力循环条件下堆石料的变形规律,以取自现场的堆石材料为研究对象,通过控制孔隙水压力来实现球应力增大–减小的低速循环应力路径静力三轴试验。研究结果表明：偏应力恒定、球应力循环条件下,体应变随球应力的减小而增大,随球应力增大而减小,总体表现出随循环周次向体积收缩发展的变化规律,循环周次对累积体应变的影响较小;剪应变的发展受应力条件的影响较为显著,有效球应力减小时或增幅较缓,或在第1循环周次内突增,有效球应力增加时,剪应变增幅较缓;累积剪应变与初始应力比和试验过程中的动态应力比有关;土样可能存在类似临界状态线且处于其下方的“转折状态线”,当土样应力变化状态处于“转折状态线”与临界状态线之间的区域内时,土样状态将产生显著变化。     

P92钢蠕变特性探讨

P92钢是目前超超临界机组主蒸汽管道的应用钢种,其蠕变断裂寿命被广泛关注.以P92钢在各工况温度下的蠕变试验数据为基础,从蠕变速率的角度研究了蠕变速率同蠕变断裂寿命的关系,认为P92钢的蠕变有3个阶段,而蠕变性能取决于第2阶段的蠕变速率,并且最小蠕变速率是决定蠕变寿命的重要因素.P92钢的蠕变机理属位错蠕变.     

应力路径对堆石变形特性的影响

本文应用龙滩水电站和十三陵抽水蓄能电站两座面板堆石坝的堆石料,近似模拟大坝填筑、水库蓄水和库水位下降时的应力路径,研究了坝体内的应力状态。试验结果表明：对面板坝而言,大坝在施工期和运行期坝轴线上游部位处的堆石变形模量比常规三轴应力（σ３＝ ｃ）条件下得出的变形模量大,而以往一些工程在进行坝体有限元计算时未考虑这一特点,采用的堆石变形模量偏小,这是计算周边缝位移及面板法向位移比实际值偏大的主要原因。     

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。     

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。     

分别、分级加载下压实黄土三轴蠕变特性及模型分析

利用SR-6型三联式三轴蠕变仪对陕西省泾阳县某边坡重塑黄土进行了固结排水蠕变试验,着重研究了分别和分级两种不同加载方式下黄土的蠕变特性,确定了Burgers模型的参数,以此建立了分别和分级加载蠕变变形稳定值之间的转换经验公式以及离散元模型。结果表明:该两种加载方式下重塑黄土的整体蠕变规律一致,均呈衰减蠕变特性,而在某一定偏应力水平下,分级加载下蠕变变形稳定值大于分别加载下蠕变变形稳定值;所建Burgers模型能够较好模拟该地区压实黄土的三轴蠕变特性,基于此所建的经验转换公式能够实现分级、分别两种加载方式下最终变形稳定值的相互推算,以及所建离散元数值模型模拟效果也较好。     

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%。     

堆石料残余体应变对计算面板堆石坝永久变形的影响

混凝土面板堆石坝地震永久变形的预测非常重要。根据它可直接判断大坝的安全,并为抗震预留坝高提供依据。一个时期以来,同时计入堆石料残余体应变对面板坝永久变形计算有多大影响存有争议。采用饱和排水动三轴试验方法得到的动应力～残余应变关系计算坝体的永久变形,所得数值一般偏大。而风干堆石料在排气状态下的三轴试验,目前只能考虑残余剪应变。本文利用前人对不同试验方法得到的动应力～残余应变关系进行面板堆石坝地震永久变形计算做了比较,结果表明：由于坝体运用期间有部分堆石浸水,故其永久变形的计算对浸水线以上坝体采用风干料排气试验结果只考虑残余剪应变,浸水线以下坝体采用饱和料排水试验结果同时计入残余体应变和残余剪应变,比整个坝体采用饱和料排水试验结果同时计入残余体应变和残余剪应变为合适。