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。

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。

土石坝蓄水饱和湿化变形探讨

土石坝在蓄水期产生的过量变形会导致坝体结构应力重分布,进而使得某些部位损坏。对此,大量学者在筑坝料室内湿化特性及土石坝初期蓄水阶段应力变形的有限元模拟方面,开展了一系列研究。为进一步提高土石坝蓄水阶段变形控制水平,对现有研究成果进行了归纳分析,结果表明:坝料室内湿化试验技术的核心在于湿化变形测量、含水量测量及应力控制方法,在这些方面仍待进一步优化;关于湿化机理,目前仍缺乏有力的验证;按不同的湿化变形分解模式,会得到各异的湿化变形经验模型;“初应变法”数值模拟需假定湿化应变分解法则,“初应力法”得到的湿化变形较小。结合分析结果,提出以湿化孔隙比取代湿化变形,研究浸水饱和全过程中的孔隙比—饱和度关系的新研究思路。

风化千枚岩填筑路基湿化变形现场试验分析

为了分析千枚岩填筑路基浸水后的稳定性,对十堰至天水高速公路安康东段路基的湿化变形及回弹模量进行现场测试。在对风化千枚岩填料物理力学性质分析的基础上,提出路基填筑方案:加州承载比CBR>3%的风化千枚岩填料直接填筑路基;CBR<3%的风化千枚岩填料外掺3%水泥改良后填筑路基。通过对现场试验路进行浸水前后的承载板测试,分析浸水量、浸水时间对湿化变形、变形率及路基回弹模量的影响;结合不同深度含水率的测试,分析了测试点含水率和渗水深度与湿化变形的相关性。研究结果表明:浸水量和浸水时间是影响路基渗透深度和含水率的关键因素,未改良路基湿化变形受浸水影响比改良路基要明显;浸水量和浸水时间都相同的情况下,未改良路基浸水后回弹模量衰减比改良路基大。

复杂应力下强风化软岩湿化变形试验研究

强风化软岩用于高等级公路路基填筑时,压实特性和湿化变形特性是评价填料性能的主要指标。对填料在不同压实度下进行承载比试验,试验结果表明,承载比值随填料压实度的增大而增大。利用室内三轴剪切仪对强风化软岩进行干、湿双线平行试验和在复杂应力状态下不同压实度的湿化变形试验,试验结果表明,填料在压实度为90%且有较大的偏应作用下,湿化不仅产生较大的附加轴向应变,而且还能引起相当大的附加体积应变和偏应变。因此,提高路基填土的压实度是减少湿化变形的关键因素。

压实红黏土的湿化变形试验研究

为模拟路基土体在湿化与交通荷载耦合作用下的变形规律,对传统湿化变形试验方法进行了改进,并研制出一套改进后的湿化变形试验装置。认为湿化变形是由基质吸力丧失而产生,由此推导出丧失基质吸力与湿化变形的定量关系。利用改进的装置研究了红黏土的湿化变形规律及其湿化变形模量。结果表明,红黏土的初始压实状态对其变形影响显著,变形过程可以分为启动、加速和稳定三个阶段。未湿化试样的变形主要发生在启动阶段,而湿化试样的变形则主要发生在加速阶段。

黄河公伯峡面板堆石坝三维湿化变形分析

本文以公伯峡混凝土面板堆石坝堆石料的三轴湿化试验和压缩湿化试验成果为依据,改进了沈珠江Cw Dw 湿化模型,在模型中考虑了周围压力对湿化体变的影响,在已有三维非线性应力应变分析程序TOSS3D中编制了三维湿化变形模块。在此基础上,研究了公伯峡面板堆石坝在稳定渗流和尾水位抬升条件下坝体的湿化变形,并进行了湿化模型参数的敏感性分析。

路用红砂岩碎石土湿化变形特性试验

针对湿热地区红砂岩碎石土用作路基填料易发生湿化崩解,导致路基刚度软化及其耐久性能降低的问题,采用自行研制的大型干湿循环压缩剪切仪,开展不浸水条件与反复浸水下红砂岩碎石土的一维大型压缩试验,揭示红砂岩填料在干湿循环条件下的湿化压缩变形规律。研究结果表明:湿化变形量随浸水次数增加而增加,压缩模量在前2次干湿循环过程中衰减幅度较大,第3次后逐渐趋于稳定;地基土附加湿化变形量随浸水时间增加而增大,变形模量随含水率增加而减小。试验结果可为红砂岩填筑路基的安全施工及其长期沉降预测提供依据。

非饱和填土(黄土)的湿化变形研究

为探讨非饱和路堤填土湿化变形规律,应用非饱和土三轴仪,对干密度为1.7和1.8 g/cm3的重塑黄土进行24组剪切试验,控制净室压力为50,100和200 kPa,控制吸力为0,50,100和200 kPa。采用2种简化的模型和双线法分析湿化变形,给出应用线性简化模型和双曲线模型计算湿化变形的公式,并确定公式中的参数取值。通过分析2种模型计算的湿化变形发现,干密度对湿化变形影响很大,因此提高路基压实度可以有效地控制湿化变形。

西域砾岩砂砾料沥青混凝土心墙坝湿化变形数值分析

我国新疆地区广泛使用西域砾岩砂砾料作为筑坝材料,由于西域砾岩砂砾料浸水后易软化、崩解,大坝蓄水后的湿化变形分析成为工程界广泛关注的问题.联合广义塑性模型和西域砾岩砂砾料湿化模型,对某沥青混凝土心墙坝进行了湿化变形有限元分析.结果表明:广义塑性模型和西域砾岩砂砾料湿化模型能够很好地反映大坝湿化变形及应力分布规律;上游蓄水湿化使坝体向上游方向的水平位移和沉降都增大,最大水平位移由竣工时的1.5cm增至22cm左右,最大竖向沉降由竣工时的0.17%坝高增至0.53%坝高,筑坝料的湿陷使心墙的变形也增大;西域砾岩砂砾料的湿化变形明显大于花岗岩堆石料,最大竖向沉降是花岗岩堆石料的近3倍,其湿化造成坝顶上游侧出现局部拉应力区,有可能导致坝顶出现裂缝.因此,在新疆干旱地区采用西域砾岩砂砾料筑坝时考虑蓄水时的湿化影响是十分必要的.

巫山县污水处理厂高填方地基湿化变形试验研究

结合巫山县污水处理厂高填方工程,选取压实粘性土样,在室内进行了接近实际应力路径下的“单线法”湿化变形试验,研究了土样在不同的压实度、固结压力和湿化历史下的湿化机理、湿化前后的应力-应变关系及强度变化规律。取得的湿化变形试验成果表明,湿化使土样的变形模量和强度均有所降低;湿化变形不仅包括湿化体应变,而且包括湿化偏应变;随着压实度的增加,湿化变形减小。试验成果为巫山县污水处理厂高填方地基的填筑设计、控制湿化变形的措施和附加压密措施提供了依据。

堆石料三轴湿化变形特性试验研究

通过对2种不同堆石料的高压三轴湿化试验,分析了引起湿化变形的因素,并对湿化应力与湿化变形进行了初步的分析,发现湿化应力与湿化变形之间存在有双曲线关系,其规律类似三轴压缩的应力应变关系;但湿化应力–应变的初始切线模量与周围压力之间的关系并不完全符合Janbu公式,同时对湿化轴向应变与湿化体应变进行分析,发现不同于三轴压缩,其关系并非双曲线。

堆石料湿化变形三轴试验研究

采用大型三轴仪分别进行各向等压及不同围压不同湿化应力水平条件下的三轴湿化试验,对堆石料在上述情况下的湿化变形特性进行研究。基于单线法,建立适合于堆石料湿化变形的新模型,通过研究湿化轴向变形及体积变形与围压以及湿化应力水平的关系,提出单线法湿化变形经验公式,并结合试验成果对堆石料的湿化模型参数进行拟合。研究结果表明:在各向等压条件下,湿化体积变形与轴向变形和围压的关系分别可用双曲线与直线表示;在围压一定时,偏应力引起的湿化体积变形与湿化应力水平的关系可采用线性拟合,而湿化轴向变形与湿化应力水平呈指数关系;拟合曲线与试验结果曲线较吻合,表明该模型能较好地反映堆石料湿化变形的特征,证实了该模型的合理性。

变质软岩路堤填料湿化变形规律研究

采用双线法,对十堰—天水高速公路安康西段的变质软岩路堤填料,在两种密度条件下进行了大型三轴试验,同一竖向偏应力下饱和与风干状态填料应变的差值即为湿化引起的应变,对其变化规律进行分析,结果表明:填料的湿化变形发展呈两个阶段,临界湿化应变的大小与竖向偏应力和围压的比值密切相关,同一密度、不同围压条件下的各曲线变化点的湿化应变值较为一致;填料密度增大,则变化点的湿化应变值增加,说明密度和围压不仅影响湿化变形的大小,还影响其发展规律。根据3种围压条件下的试验结果,对两种密度的填料,分别建立了填料湿化变形发展规律的公式,并用新的第4种围压条件下的试验结果进行校核,吻合程度较好。该公式可用于分析高速公路施工中路堤湿化变形的大小及发展规律。

砾石土心墙料的大三轴湿化变形试验与规律分析

蓄水湿化变形一直是制约高土石坝长期安全运行的技术难题,为此开展了筑坝堆石料的湿化变形试验,却极少针对砾石土心墙料进行湿化变形试验,这主要是受限于目前的砾石土料试验技术手段而难以开展试验研究。采用在大尺寸砾石土料试样中设置砂芯增加进水通道、缩短湿化路径的方法,可以解决砾石土心墙料的湿化变形试验所需时间较长、样品不能充分饱和等技术难点,实现砾石土心墙料的大三轴湿化变形试验。开展的砾石土心墙料的单线法湿化变形试验成果表明,砾石土心墙料存在明显的湿化变形现象,轴向湿化变形、体积湿化变形与围压、应力水平等密切相关,湿化变形与应力水平关系,在围压较小时随应力水平的增加而增加,在围压较大时随应力水平的增加而减小,关系曲线呈现明显的分叉现象,湿化变形与围压关系基本呈现先增加后减小的规律,与堆石料的湿化变形规律相比较,砾石土心墙料的湿化变形规律更加复杂。

重塑黄土的湿化变形规律及细观结构演化特性

为了研究填土在三轴浸水过程中的湿化变形规律及其细观结构演化特性,用改进的非饱和土CT-三轴仪对延安新区的重塑Q_2黄土做了3组共17个偏压固结浸水试验.在三轴浸水过程中对试样的两个断面进行了多次CT扫描,得到了固结和湿化过程中土样的宏观变形以及土样内部细观结构演化的CT图像和相应的CT数据,基于CT数定义了土的结构性参数和结构演化变量.研究结果表明:干密度、净围压、基质吸力和偏应力均对试样的湿化变形特性有显著影响;提高干密度可有效减小湿化变形量和降低湿剪破坏的风险(干密度1.52、1.69 g/cm^3的试样浸水过程中体应变分别为–0.58%～4.66%、–0.58%～2.43%,干密度1.79 g/cm^3的试样体应变为0.019%);湿化过程中试样越来越密实,试样的CT数均增大;浸水初期,试样原有结构发生破坏,CT数变化较剧烈,均能达到总变化量的60%;同时干密度、净围压、基质吸力、偏应力及含水率对土的结构性参数和结构演化变量有显著影响.研究成果对填土工程的设计具有重要参考价值,为建立非饱和重塑黄土的结构损伤演化方程与结构性模型提供了科学依据.

砂土路基湿化变形和稳定性的可靠度分析

针对某高速公路砂土路基浸水湿化的情况,在现场钻取土样进行试验得到土性非线性参数统计结果的基础上,将参数变异性较大的土性参数K、Kb模拟为宽平稳高斯随机场;应用二维随机场局部平均理论和Duncan-Chang模型,建立二阶非线性摄动随机有限元分析模型,对该高速公路砂土路基的湿化变形和稳定性进行可靠度分析。结果表明:砂土湿化后将发生附加沉降变形,土性参数的变异引起路基沉降的变异性较小;虽然砂土湿化后其土性参数将降低,但路基稳定性的可靠度指标仍然较大,发生破坏的可能性较小。

膨胀土湿化变形试验研究

通过对膨胀土湿化变形的反复试验 ,分析了不同应力水平下的湿化变形试验全过程中应力 -应变曲线和体变 -轴向应变曲线以及湿化后的抗剪强度 ,其成果对工程实际具有重要的参考价值 .

粗粒料单向压缩湿化变形试验研究

采用高压单向压缩仪,对糯扎渡堆石坝的坝壳反滤料进行了不同相对密度的粗粒料湿化变形试验研究.分析试验结果,揭示了粗粒料在单向压缩条件下的湿化变形规律,探讨了不同干密度下粗粒料的湿化变形性质,发现湿化变形仅在高压下随粗粒料干密度的增大而增加,低压下干密度的影响不明显.另外,还分析了压力对湿化变形的影响,得出了湿化变形随竖向压力的增大而增加的规律,并用一指数函数进行了拟合.试验中,研究了一种减小侧壁摩擦力的方法,并通过是否减轻摩擦的对比试验,论证了方法的有效性.

花岗岩全风化土湿化变形及强度的试验研究

基于某高速公路路基花岗岩全风化土浸水湿化的情况,采用GDS非饱和三轴仪进行了接近实际应力路径下三轴"单线法"湿化变形试验,研究了试样在不同围压、不同湿化应力水平下的湿化情况,得到了试样在湿化前后应力-应变曲线,轴变与体变间的变化规律,经成果分析表明,试样在湿化过程中均产生了轴变与体变,并且经湿化变形后产生了各向异性。当初始有效围压相同时,各湿化应力水平下的抗剪强度指标c、Φ值近似相等,与干样相比,湿样的黏聚力c值减少明显,内摩擦角值变化不大。在初始有效围压较低情况下,试样约在轴向应变达10%左右时体积变形由剪缩变为剪胀,而在初始有效围压较高的情况下则没发生类似的现象。