级配对堆石料颗粒破碎及力学特性的影响

级配是影响堆石料颗粒破碎和力学特性的重要因素。为研究级配对堆石料强度和变形特性的影响,开展了3种堆石料的大型三轴排水剪切试验;同时为分析不同级配堆石料的颗粒破碎特性,对试验前后试样进行了颗分试验。试验结果表明,颗粒破碎率随应力的增大而增大,在同一围压情况下,相比于细颗粒含量高的堆石料,细颗粒含量少的产生的颗粒破碎率要大。随细颗粒含量的增加,强度指标变大,抵御变形能力增强,剪切过程中产生的体积变形小,剪胀更为明显。     

堆石料在不同应力路径下的颗粒破碎特性

采用大三轴试验设备,对直径为300 mm、高为600 mm的圆柱体堆石料试样进行了三种不同应力路径的固结排水试验,包括常规三轴压缩试验、等平均应力试验及等向压缩试验,探讨不同应力路径下堆石料的颗粒破碎特性,常规三轴压缩试验围压为200、400、800、1 200 k Pa,等平均应力试验平均应力为200、400、600、800 k Pa。试验结果表明,应力路径对堆石料的颗粒破碎特性有很大的影响。常规三轴压缩试验的应力—应变关系近于双曲线,低围压时试样先剪缩后剪胀、高围压时剪缩;等平均应力试验的应力—应变曲线呈应变软化型,体变表现为先体缩后剪胀。计算得到的颗粒破碎指数表明,等平均应力试验的颗粒破碎最为严重,等向压缩试验的颗粒破碎轻微。     

两河口心墙堆石坝不同堆石分区方案对坝体应力变形影响分析

雅砻江两河口砾石土心墙堆石坝坝高295m,为中国国内目前正在填筑施工的同类工程中的最高坝.坝壳堆石料主要采用粉砂质板岩、变质砂岩以及变质粉砂岩夹板岩.针对料源的复杂性,本文分析了坝体堆石分区范围及力学参数变化对坝体应力变形的影响,以期为大坝的分区及变形控制提供理论参考.     

考虑缩尺效应对堆石料颗粒破碎影响的压缩试验研究

大量的压缩试验结果表明，堆石料试样的压缩特性和颗粒破碎特性存在明显的缩尺效应，但系统研究缩尺方法、试样最大粒径、试样直径等对颗粒破碎特性的影响较少。采用侧限压缩试验开展灰岩堆石料的尺寸效应研究，分析了缩尺方法、试样直径和试样最大粒径对压缩特性和颗粒破碎特性的影响规律。结果表明：压缩系数随着试样中粗颗粒含量的上升呈先降低后增大的趋势，压缩系数与试样最大粒径呈正相关，与试样直径呈负相关；引入相对颗粒破碎率评价指标，建立了缩尺方法与相对颗粒破碎率之间的幂函数关系，相对颗粒破碎率随试样直径和试样最大粒径的发展规律可拟合为曲面方程。研究成果可为进一步构建考虑缩尺效应的弹塑性本构模型提供理论基础。     

混凝土重力坝坝体裂缝摩擦系数影响研究

基于断裂力学理论并结合有限元方法,对混凝土重力坝坝身水平裂缝的摩擦特性进行了数值模拟及分析,得到了不同摩擦水平下裂缝尖端力学特性及坝体位移、应力状态的变化规律。计算结果表明,无论是对裂缝本身还是对整体大坝,裂缝摩擦系数在某个区间上的变化都使得裂缝和坝体的力学特性存在着突变,这在坝体安全监测上值得关注。本文研究成果可为带缝混凝土坝运行期间的监测提供方向,为坝体裂缝加固提供依据。     

混凝土裂缝扩展模拟研究进展

对20世纪60年代以来国内外混凝土裂缝扩展模拟的方法进行了系统总结,简单了介绍各种方法的基本思想,并对目前国外普遍采用的嵌入不连续模型及其派生出来的SOS,KOS和SKON模型进行了详细介绍,分析了不同方法的优缺点.嵌入不连续模型中的SKON模型具有不需要重新剖分网格、计算结果受网格尺寸影响小的优点,因此被认为是现有有限元模拟混凝土裂缝扩展方法中较为实用的方法,并可以推广到岩石及类混凝土材料裂缝扩展模拟的研究中.     

约束圆环试验混凝土裂缝扩展全过程研究

美国国家公路与运输协会（AASHTO）及美国试验材料学会（ASTM）推荐约束圆环试验为评估早期混凝土抗裂性的标准试验方法。为了更好地研究约束圆环试验中混凝土的破坏机理,利用 ANSYS 有限元软件热学分析和结构分析模块,在混凝土上施加虚拟温度场来模拟收缩作用。结合应力分析结果确定混凝土的起裂位置,并引入虚拟裂缝模型,模拟外圆周干燥的圆环试件收缩裂缝在起裂后的扩展过程。通过对比混凝土开裂时间,预测结果和试验结果吻合良好,验证了数值模拟中提出的计算方法的可行性。结果显示,在约束圆环试验中,限制收缩裂缝形成后直接进入失稳扩展阶段,试验中钢环压应变的突然滞回反映了混凝土限制收缩条件下的失稳扩展。     

颗粒流变破碎与堆石料流变应变计算

流变是堆石坝的主要变形，当前主要采用室内三轴流变试验加以测量，并通过拟合试验结果得到流变经验公式。但流变试验的时间长，且试验工况要覆盖坝料种类、级配与密度变化并需满足插值方法要求，实际操作困难，简化试验工况则影响插值计算精度。为此，提出一种计算堆石料流变的简化方法，设想可进行加载速率足够慢的三轴试验，使试样中凡受力大于长期强度的颗粒有时间充分破碎，得到的应力-应变-体变曲线则包含流变应变，与不含流变的常规三轴试验曲线比较，得到流变应变。算例计算表明，通过计算得到的流变应变与试验值相当，流变模型参数符合预期。     

运用断裂力学分析碾压混凝土坝表面裂缝

碾压混凝土坝在施工和运行过程中可能存在许多表面裂缝,在遇温度骤降(寒潮侵袭或坝体挡水等)时,可能使已有裂缝进一步扩展.运用断裂力学分析的方法,进行了初步探讨,提出一种判断裂缝稳定性的方法,当遇温度骤降时,裂缝深度超过临界裂缝深度Lc时,表面裂缝将发生扩展;当超过裂缝稳定扩展深度Lα时,裂缝将发生不稳定扩展.以工程实例对这种方法的运用进行了论述,具有一定的现实意义.     

堆石料流变试验的颗粒破碎研究

已有的研究成果表明堆石流变与颗粒破碎有关,但流变引起的净破碎率和流变之间的关系尚不明确。通过室内大型流变试验,分析了流变引起的颗粒破碎,发现破碎率与最终流变量之间存在线性函数关系,破碎率与轴压之间存在幂函数关系;轴向流变变形与时间之间的关系可以用对数函数表示,相应的流变参数与轴压之间呈良好的线性关系。     

考虑缩尺效应对颗粒破碎影响的堆石料临界状态研究

堆石料缩尺后的替代料与原级配料的强度变形特性存在差异,揭示这种差异对堆石料工程运用具有重要的科学价值.采用相似级配法和混合法对弱风化灰岩料进行缩尺,缩尺后堆石料最大粒径分别为60、40、20、10 mm,通过三轴固结排水剪切试验进行缩尺后替代料的应力变形特性研究,分析了缩尺方法和试样最大粒径对堆石料临界状态及临界状态方...     

裂纹尖端解析解与周边数值解联合求解应力强度因子

由于裂纹尖端位移和应力分布的复杂性,采用常规数值方法（如有限元法）的插值方式不易获得快速收敛的应力强度因子计算值。基于数值流形方法,提出将裂纹尖端Williams解析解与其周边高阶多项式级数的数值解联合应用以求解应力强度因子的新方法：在裂纹尖端所在网格的结点上采用Williams位移解析级数,并用结点自由度强制约束方式得到裂纹尖端区域的解析级数;在与之相邻的周边网格内将解析级数与多项式级数用形函数连接;给出应变矩阵和刚度矩阵的具体表达式及积分方式;利用数值流形方法的网格与材料边界分离的特性以及不连续覆盖技术,使裂纹可以在网格内穿过,给材料边界（包括裂纹边界）附近的网格划分带来很大的方便;通过典型算例验证了方法的有效性。考虑到Williams级数是对裂纹尖端位移场的最佳逼近,这种新方法相比扩展有限元等其他新方法而言将有更快的收敛性。     

地震荷载作用下裂缝内水压变化规律研究

在地震荷载作用下,混凝土重力高坝含水裂缝快速张开闭合导致水体压缩,产生附加水压,极易引起裂缝失稳。为了探究地震荷载作用下裂缝内水压变化规律,假定裂缝形状为椭圆形,推导出裂缝在地震荷载作用下附加水压计算公式。通过实例分析地震荷载作用对裂缝内附加水压及裂尖应力强度因子在不同方向、不同尺寸以及不同排水率条件下的影响。研究表明:在地震荷载作用下,计算实例的最大附加水压达到初始水压的7.55倍;随着初始裂缝宽度的增大,最大附加水压和裂尖附加应力强度因子快速减小,且初始裂缝宽度越小,排水率对附加水压的影响程度越大;裂缝倾斜角度对裂尖附加应力强度因子影响不显著。研究结果可为进一步研究地震荷载作用下重力高坝中裂缝的稳定性提供理论基础。     

围压对岩石裂纹扩展影响的颗粒流模拟研究

采用颗粒流数值软件PFC模拟预设单裂隙岩石在双向压缩状态下裂纹的扩展过程和特征。首先利用黏聚颗粒模型建立岩石试样,并在岩石试样中预置非贯通单裂隙;为研究围压对岩石裂纹扩展的影响,分别在5种围压作用下对预设裂隙岩石进行双轴压缩试验。结果表明在围压为0(单轴压缩)时,翼裂纹扩展方向与预设裂隙基本垂直,随着加载进行沿着主压力方向扩展,而当围压增加时,翼裂纹扩展方向与预设裂隙的交角增大,且长度变短直至围压到达一定值后不再发育;次生裂纹的扩展方向不仅与材料的性质有关,同时受到围压值的影响;围压增大对张性裂纹扩展产生限制,并促进剪性裂纹的扩展和合并,且最终剪切破坏面的宽度随着围压的增大而增大;次生裂纹可以由拉应力产生,但其进一步发育和扩展受到剪应力的控制。     

积石峡面板堆石坝应力变形分析

基于积石峡水电站面板堆石坝填筑的沉降观测资料,采用三维有限元计算方法,得到大坝各类材料的模型参数。分析结果表明,监测值和计算值变化过程符合较好,说明了计算模型及所得参数的有效性。在此基础上,对大坝的应力变形特性进行了计算分析,得到了积石峡水电站面板堆石坝蓄水后的应力变形特性。     

基于分级加载的高面板堆石坝应力变形分析

依据非线性弹性K-G模型理论对天池上水库面板堆石坝进行了应力变形分析。首先采用CAD图形和程序控制相结合方法建立坝体与地基模型,考虑了断层构造和岸坡变化,得到了较为精细的三维有限元模型。然后在模型计算中采用了施工逐级加载的方法对坝体进行了模拟,应用修正后的分级加载位移变形公式,对竣工期和正常水位蓄水期的应力变形进行三维有限元分析,得出了两种工况下断层对该高面板坝应力变形影响一般规律。     

华北平原典型区域土壤凝结水观测及其影响因素研究

为查明华北平原典型区凝结水发生情况,采用称重法进行了土壤凝结水的初步观测,结果显示:每日14时至次日10时均可观测到凝结水的生成,研究区凝结水大部分来自于大气中的水分,极小部分来源于下层土壤,其主要凝结集中在表层0～5cm范围内,共占观测深度总凝结水量的50%左右。根据土壤凝结水形成的影响因素分析结果,较低的温度、较高的相对湿度和无风的条件有利于凝结水的生成。     

河北省平原区水面蒸发量变化趋势及影响因素

蒸发是水循环中受下垫面状况和气候变化影响最为直接的水文气候因子,同时也是地面热量平衡和水分平衡的重要组成部分。在分析衡水实验站20 m2蒸发场蒸发量变化趋势的基础上,进一步对影响蒸发的气温、风速、日照时数、相对湿度的变化趋势及其与蒸发量的关系进行了分析。从年尺度分析结果看,风速和日照时数对于蒸发皿蒸发量的影响是导致蒸发皿蒸发量减少的主要原因。分析水面蒸发量变化趋势,对研究其他气象因子对环境及生物的影响有重要意义。