考虑孔隙比影响的堆石料湿化试验及湿化模型

对某堆石坝的坝壳料进行了不同密实状态下的单线法三轴湿化试验,分析了湿化变形随围压、应力水平以及初始孔隙比的变化规律。结果表明:在围压和应力水平相同条件下,随着初始孔隙比的减小,堆石料湿化轴向应变和体积应变均明显降低;初始孔隙比对湿化应力剪胀规律影响不大,采用对数形式的湿化剪胀方程可对不同初始孔隙比条件下的湿化应力剪胀关系进行统一描述。对指数形式的湿化轴向应变经验模型进行修正,构建了考虑初始孔隙比及应力状态影响的湿化轴向应变计算模型,并联立湿化剪胀方程推导了湿化体积应变的计算公式,通过对三轴湿化试验结果进行模拟验证了该公式的合理性。

温湿度联合作用下软岩粗粒料三轴剪切力学特性研究

软岩粗粒料具有风化程度高、易破碎等特点,其力学特性易受温湿环境的影响。利用自主研制的温湿控制粗粒料大型三轴仪开展了一系列控制温湿度的软岩粗粒料三轴剪切试验,探究了温湿度对软岩粗粒料剪切强度、剪切变形、颗粒破碎及临界状态的影响规律。研究发现:(1)软岩粗粒料的力学行为受温湿度影响显著,随着温湿度的升高,其峰值剪切强度降低,剪缩变形量增加,颗粒破碎程度增大,p-q空间内的临界状态线向下旋转,同时e-(p/pa)^(ξ)空间内的临界状态线向下平移;(2)温湿度对力学特性的影响在低围压条件下更显著,随着围压的升高,温湿度引起的差异性变小。(3)基于不同温湿度作用下的颗粒破碎等效对应关系,实现了不同温湿工况下颗粒破碎及临界状态试验规律的归一化,为建立统一考虑温湿度影响的本构模型提供思路。

温度对水工沥青混凝土强度及剪胀特性的影响试验研究

为了解温度变化对沥青混凝土强度及剪胀特性的影响,开展了-1、5、10、15℃下的沥青混凝土三轴剪切试验。试验结果表明:沥青混凝土的强度变形特性与温度有密切关系,负温时,表现出明显的应变软化和剪胀性,随着温度的升高,应力-应变曲线转变为应变硬化型,且剪胀性减弱;沥青混凝土抗剪强度随温度升高而减小,且黏聚力的降低幅度明显大于内摩擦角,当温度从-1℃升高到15℃时,内摩擦角减小了4.7°,而黏聚力由1.11 MPa减小到0.28 MPa;沥青混凝土剪胀角随轴向应变增大而增大,并趋于稳定,两者关系可采用双曲线函数进行拟合;双曲线模型参数与温度有较好的相关性,可进一步考虑剪胀角随温度的变化情况。研究成果可为沥青混凝土的热-力耦合本构模型建立提供参考。

句容抽蓄上水库筑坝料E-B模型分期反演参数对比分析

为预测句容抽蓄上水库坝体和库盆在竣工期和蓄水后产生的变形,利用施工期上库主坝和库盆的变形监测资料,对填筑料E-B模型参数进行分期反演。在此基础上,采用第三期反演参数,对竣工期和蓄水后的库盆变形特性进行预测和分析。研究表明,利用早期短时序坝体变形监测资料得到的模型反演参数偏大,随着坝体填筑高度的增加,采用后期长时序变形监测资料反演得到的模型参数逐渐减小并趋于真实值;在E-B模型中引入初始应力状态参数S0可以考虑现场压实坝料的超固结特性,S0越大,坝体变形越小,经历高强度碾压后的填筑料S0在0.40~0.55之间;基于第三期反演参数的库盆竣工期沉降计算结果与实测结果总体吻合较好。研究结果可用于指导工程实践。

改进hhu-SH模型及其在面板堆石坝工程中的应用

针对粗粒料的剪胀特性,引入4次幂函数剪胀方程对基于细观结构的粗粒料弹塑性本构模型(hhu-SH基本模型)进行改进,并给出了改进hhu-SH模型屈服函数、硬化参量、初始弹性模量的推导过程以及参数确定方法。基于某抽水蓄能电站下水库面板堆石坝工程,利用其筑坝粗粒料的三轴CD试验和等向压缩试验结果,整理出改进hhu-SH模型的参数,模拟大坝填筑和蓄水过程,并将计算结果与邓肯E-B和南水模型的计算结果进行对比。结果表明:在坝体位移的定性分布规律上,改进hhu-SH模型、邓肯E-B模型以及南水模型的计算结果基本一致,验证了该模型的工程适用性;基于改进hhu-SH模型计算的坝体变形、面板变形和应力以及接缝位移预测值均小于E-B模型,但与南水模型较为接近;基于改进hhu-SH模型计算得到的面板顺坡向应力整体受压,结果更符合实际。

不同温度下掺玄武岩纤维水工沥青混凝土劈裂试验研究

【目的】为了解温度和纤维掺量对水工沥青混凝土抗裂性能的影响,【方法】采用长度6 mm的玄武岩纤维,开展了0℃、5℃、10℃下的掺纤维沥青混凝土巴西劈裂试验,并利用数字图像相关技术(DIC)对试样表面变形进行测量。【结果】结果显示:试验加载初期,试样的水平向变形不明显,当达到峰值荷载后,试样在上下压条之间的直线上出现明显的水平向应变,与裂缝扩展路径相对应,且掺入纤维增加了裂缝扩展路径的曲折程度;相同温度下,沥青混凝土的劈裂抗拉强度随纤维掺量的增加呈先增大后减小的变化趋势,0℃时,掺量0.8%对应的劈裂抗拉强度最大,5℃和10℃时,掺量0.6%对应的劈裂抗拉强度最大;在0℃的低温条件下,掺入0.2%的纤维可提高沥青混凝土的破坏拉伸应变,然而,当温度升高到5℃和10℃时,沥青混凝土的破坏拉伸应变随纤维掺量的增加呈先减小再增大的变化趋势;沥青混凝土断裂能随纤维掺量变化规律同样受温度影响,0℃和10℃时,断裂能随纤维掺量增加而增大,且掺量为0.6%~0.8%时,断裂能最大,但5℃时,断裂能随纤维掺量变化不明显。【结论】结果表明:在不同温度下,掺玄武岩纤维沥青混凝土抗裂性能随纤维掺量的变化规律是不同的。

基于颗粒堆积算法的堆石料压实密度预测研究

堆石料的压实密度是反映其工程力学特性的重要指标。提出了一种基于降维映射的颗粒堆积算法,仅有一个模型参数即可在给定堆石料级配的情况下实时预测当前级配下的最大干密度。与试验结果对比发现,该算法能够较好预测给定的连续、间断级配堆石料最大干密度,为堆石料级配的高效优化设计提供了新思路。采用该算法模拟了堆石料细料截断和缩尺对堆石料压实密度的影响,结果表明:本算法可以较好地根据缩尺后的结果预测原型级配的堆石料压实密度,但堆石料压实密度的缩尺效应预测存在细料截断误差,误差与细料含量呈正相关;堆石料缩尺后粗料部分骨架的孔隙尺寸降低,有降低压实密度的趋势,而缩尺时增加的细料含量对密度的影响并无统一的规律,而是与粗料和细料的具体粒径分布相关。

土工合成材料缓冲层减压膨胀土挡墙侧向压力的实用预测方法研究

回填膨胀土吸水至饱和状态时,土工合成材料缓冲层减压膨胀土挡墙墙后侧向压力的预测方法,对减压膨胀土挡墙的设计至关重要。假定膨胀土变形由吸水膨胀变形和外力压缩变形组成,以弹性理论为基础推导了膨胀土弹性模量和膨胀力的计算公式,公式参数通过膨胀土有荷膨胀试验确定;基于减压挡墙中回填膨胀土吸水至饱和时土工合成材料缓冲层与回填膨胀土间相互作用关系与变形协调条件,建立了一种土工合成材料缓冲层减压膨胀土挡墙侧向压力的实用预测方法。根据土工袋缓冲层减压膨胀土挡墙和土工泡沫板缓冲层减压膨胀土挡墙模型试验结果,对提出的预测方法进行了验证,结果表明通过预测方法得到的计算结果与模型试验中实测结果具有良好的一致性。

基于现场载荷试验的压实土石填筑料变形参数反演

为了解现场压实土石填筑料的变形特性,开展了5组不同土石填筑料的平板载荷试验,并采用改进加速遗传算法对试验结果进行了反演分析,得到了“薄层重碾”作用下压实土石填筑料的邓肯E-B模型参数.在此基础上,对句容抽蓄上水库库盆填筑过程进行了数值模拟.结果表明:现场压实后的土石填筑料处于超固结状态,其在初始加载阶段产生的沉降较小;由于缩尺效应影响,室内三轴试验试样与现场原级配土石填筑料的力学性状存在较大差别,现场压实土石填筑料的K和K_(b)更大,卸荷模量系数K_(ur)为K的1.56~2.33倍,加载函数初值S_(0)在0.3~0.42之间;利用三轴试验参数计算得到的库盆测点沉降明显大于实测值,而基于反演参数的计算结果与实测值基本一致,说明基于平板载荷试验结果反演确定现场压实土石填筑料变形参数的方法是合理可行的.

凸起地形对面板堆石坝面板应力变形特性的影响

依托某建于凸起地形上的面板堆石坝,采用三维非线性有限元分析方法,研究左岸凸起地形及其2种开挖方案对面板堆石坝面板应力变形特性以及接缝变形的影响。通过坝轴向和顺坡向的面板挠度曲线解释了面板拉应力分布规律,提出了面板拉裂风险指标,并对开挖方案进行了效果评价。结果表明:凸起地形对面板应力变形和接缝变形有较大影响,相较于凸起地形完全挖除方案,凸起地形对堆石体和面板具有较强的约束和支撑作用,导致凸起地形处的面板坝轴向位移和挠度减小,拉应力区增大,垂直缝张开数量增多,然而,面板拉应力、垂直缝张开量以及周边缝张开和错动均有所减小;凸起地形上游侧按1∶1.5开挖后,面板变形协调性明显改善,面板拉应力区面积和垂直缝张开数量减少,有效降低了面板拉裂风险。

真空预压联合电渗法处理高含水率软土模型试验

针对海相吹填土高含水率、高压缩性、低渗透系数的特点,提出了采用真空预压联合电渗法的地基加固方法,并通过室内模型试验对该工法的加固机制进行了初步探索.试验结果表明:初期采用真空预压排水,当试验土体达到最佳临界含水率0.85后,联合电渗法可有效地加快地基排水速度;采用真空预压联合电渗法处理吹填土,土体通常会产生较大的竖向和侧向变形,且有效提高阴极和阳极附近土体强度,因此对于真空预压仅能对表层约为42.8%地基深度的土体有效加固的问题,采用该工法可通过真空预压和电渗法分别加固表层和深层土体,由此达到深度方向均匀加固地基的目的.

电极布置形式对电渗加固软土效果的影响试验

在自制的模型箱中同时进行3组不同电极布置形式(1根阴极分别对应1根、4根和8根阳极)下的电渗排水试验,通过监测电渗过程中排水量、沉降量、孔压和电流来研究不同电极布置形式对电渗排水的影响,并测试电渗结束后土体的含水率和强度,研究电极布置形式对电渗加固效果的影响。试验结果表明:阴极周围布置的阳极越多则电渗的排水与加固效果越明显;电流随电渗时间呈指数衰减;土体单位体积排水量与能量消耗之间呈线性关系。

宜兴抽水蓄能电站上库主坝重力挡墙位移影响因素分析

利用宜兴抽水蓄能电站上库主坝重力挡墙的位移观测资料,初步分析了挡墙位移变化规律及其影响因素;基于温度应力计算原理,采用沈珠江流变模型和改进的湿化模型(C_(w)-D_(w))对坝体和挡墙应力变形进行数值模拟。结果表明:墙后坝体堆石流变、湿化以及环境温度变化是影响运行期挡墙位移的主要因素;坝体运行初期挡墙往上游侧偏移,这主要与墙后堆石体偏应力流变量相对较大有关;降雨入渗造成堆石湿化变形,导致挡墙往坝体下游侧的水平位移显著增大;挡墙位移的周期性变化与环境温度相关;墙顶位移、墙后土压力的监测值和计算值基本一致,证明了该数值计算方法的有效性。

土工袋界面动力特性的循环直剪试验研究

由于多层土工袋组合体袋子与袋子之间的非连续性,将其作为低层建筑物的地基具有较好的减振消能效果,但目前对土工袋界面动力特性的研究较少。为此,利用大型直剪仪,进行了土工袋界面和纯天然河砂的水平变幅循环剪切试验,分析循环荷载作用下土工袋界面和纯天然河砂的剪应力、竖向位移、动剪切刚度以及等效阻尼比随剪切位移的变化规律,探讨水平循环荷载作用下上、下土工袋的界面摩擦特性。结果表明,土工袋界面初始剪切刚度、峰值剪应力和应变软化现象较纯天然河砂有所减弱,但其滞回曲线更为饱满,Kondner-Zelasko模型能够较好地描述其骨干曲线;除在较低竖向应力和较大剪切位移时表现出一定的剪胀性,土工袋界面主要表现为剪缩性,且总体剪缩量随着竖向压力、循环次数和剪切幅度的增加而增大,但每一个循环中的竖向位移变化幅度较纯天然河砂明显减小;相较于纯天然河砂,土工袋界面的动剪切刚度减小,等效阻尼比增大,这进一步阐明了土工袋结构体减隔振机制。

电场-渗流场-应力场耦合的电渗固结数值分析

在非饱和土多孔介质力学理论的基础上,根据电荷守恒原理、质量守恒原理、应力平衡方程、达西定律以及欧姆定律,推导了考虑电场、渗流场以及应力场相互耦合作用的电渗固结理论方程。采用Galerkin加权余量法对电渗固结理论方程进行空间离散,得到其有限元计算列式,编制了相应的计算程序,对室内电渗模型试验进行了数值模拟。结果表明,数值模拟与试验结果基本吻合,表明该电渗固结理论方程能够定量预测电渗固结过程中土体的孔隙水压力和位移发展规律。

基于热-水-力耦合的电渗排水试验数值模拟

基于多孔介质理论和热力学理论,考虑电渗产生的温度对土体变形及排水性质的影响,建立热-水-力耦合作用下的电渗排水多场耦合数学模型,并利用Fortran语言编制计算程序。在此基础上开展电渗排水现场试验的数值模拟,并与现场监测结果进行对比。研究结果表明:建立的模型可较好地模拟电渗过程中的温度场、渗流场及应力场变化和分布规律。土体温度随能耗增大而升高,尤其对于电极附近土体;阳极周围土体孔隙水压力减小,而阴极周围土体孔隙水压力增大,且考虑温度作用下的电渗流量随电渗的持续而增加;地基沉降由土体温度上升引起。

平原水库运行条件下的土工膜气胀试验研究

为研究土工膜气胀及其与地下水位上升、水库蓄水及库水位骤降等影响因素的关系,研制了土工膜气胀模型试验装置,并对不同模拟工况下的土工膜位移、膜下气压、吸力、孔隙水压力以及竖向土压力的变化规律进行了试验研究。结果表明:膜下气压和孔隙水压力均随地下水位上升而增大,其大小由地下水位上升幅度决定;当地下水位与土工膜之间的非饱和区域较小时,膜下孔隙压力受库水荷载作用增加显著,在蓄水初期极易引发土工膜气胀变形,建议在膜上设置一定压重防止土工膜被顶起;膜下孔隙压力变化滞后于膜上荷载,库水位骤降时,膜下气压将大于膜上荷载,从而引起土工膜气胀破坏。

降雨入渗条件下边坡湿陷变形的数值模拟

降雨入渗是边坡发生失稳滑动破坏的主要因素之一.为研究降雨入渗条件下边坡湿陷变形的基本特性,采用修正的巴萨罗那模型(BBM)和非饱和多孔介质力学理论,建立了基于弹塑性分析的非饱和流固耦合计算模型,开发相应的有限元程序,进行降雨入渗下非饱和土边坡渗流场和应力场耦合的数值分析,研究了降雨持时、降雨强度以及饱和渗透系数对边坡渗流和变形的影响.结果表明:该计算模型能够很好地反映边坡的湿陷变形特性,最大湿陷变形发生在坡面拐角及坡顶位置.降雨强度和土体饱和渗透系数的大小对边坡内孔压和位移影响显著:在降雨强度小于饱和渗透系数时,坡内孔压及位移随降雨强度的增大而增大;当饱和渗透系数小于且接近降雨强度时,坡内孔压和位移增量明显增大;而当饱和渗透系数远大于或小于降雨强度时,坡内孔压及位移变化量则较小.

低温条件下心墙沥青混凝土蠕变特性试验

依托西部某沥青混凝土心墙坝工程,分别开展了5℃、10℃、15℃低温条件下的沥青混凝土心墙材料三轴蠕变特性试验。试验结果表明:在双对数坐标系下,剪切蠕变与时间满足较好的线性关系,且其斜率受偏应力影响较小,但随着温度的升高斜率呈指数减小;剪切蠕变随着偏应力增大而增大,两者之间呈非线性关系,温度越高,非线性越明显;随着温度的升高,蠕变量增大,蠕变速率加快,且偏应力越大,产生的蠕变增量越大;体积蠕变取决于偏应力的大小,偏应力较小时,表现为压缩,偏应力较大时,表现为膨胀,且膨胀量明显大于压缩量;围压对蠕变的影响同样与偏应力有关,当偏应力较小时,围压对蠕变的影响较小,随着偏应力的增大,围压增大对蠕变有较为明显的抑制作用。

真空电渗联合振动碾压加固超软黏土试验研究

对于含水率高、强度低、压缩性大以及渗透性低的超软黏土地基,常规的真空电渗联合动力挤密加固技术(低能量强夯+电渗降水)容易产生"橡皮土"现象,以振动碾压代替强夯开展真空电渗联合振动碾压加固超软黏土试验,并同步开展单独真空电渗降水的对比试验。试验结果表明:振动碾压在挤密土体的同时增大渗流路径的压差,提高真空电渗排水速率;闭合电渗产生的裂缝,从而增强土体中的电流,并维持土体内的真空度;加快固结速度,减小单位排水量的电渗能耗。有必要结合实际工程开展现场试验进一步验证。