岩体水力劈裂机制圆筒模型试验及解析理论研究

针对厚壁圆筒试件进行9组近30个试样的水力劈裂试验研究。通过对试验成果分析发现,在以往研究水力劈裂问题中,以著名的厚壁圆筒Lame公式为理论基础的分析方法是错误的。提出水力劈裂问题中渗透力作用机制。以弹性力学为基础,通过严密的数学力学理论推导,提出在稳定渗流作用下厚壁圆筒应力分布解析解(应用商业软件对该解析解进行验证),为岩土体的水力劈裂问题深入研究打下较严密的理论基础。针对试验成果,初步探讨厚壁圆筒水力劈裂破坏条件,提出发生水力劈裂破坏的半经验理论判别关系。

土石坝心墙水力劈裂的非饱和土固结方法研究

针对土石坝心墙土在初次蓄水前为饱和度高于80%的非饱和土,提出了研究心墙水力劈裂问题的非饱和土固结简化计算的有效应力分析方法。该方法不仅可反映孔隙中气体对水压上升的影响,还可合理分析心墙土的渗透性、初始饱和度和蓄水速度等心墙水力劈裂的影响因素。以糯扎渡堆石坝为例,研究发现:填筑竣工时,尽管心墙中部水压很高,但心墙仍处于非饱和状态;初次蓄水时,上游水压力不能及时渗入心墙内部,形成了心墙内外的水压力突变,可导致心墙水力劈裂的发生。同时研究发现:提高心墙的渗透系数、提高心墙填筑土的初始饱和度、在初次蓄水时,放慢蓄水速度等均可防止心墙水力劈裂的发生。因此非饱和土固结简化计算的有效应力方法分析水力劈裂问题是合理的,它可为实际心墙土石坝预防水力劈裂问题提供科学依据,并可进一步提高土石坝设计水平。

基于断裂理论的深埋围岩洞室水力劈裂机理研究

基于深埋围岩洞室的特性,运用断裂力学原理,从微观断裂的角度分析了深埋围岩洞室水力劈裂现象;基于深部围岩所处的高地应力、高渗透压力、高温特性,在计算时考虑了高地应力与高渗透压力的共同作用;引入广义临界水压力,分析了拉剪及压剪复合断裂时临界水压力与裂纹面方向之间的关系。研究表明:在压剪复合状态下最大广义临界水压力在原裂纹方向角β=55°取得,广义临界水压力随着所处洞室方位角及侧压力系数的变化而变化。

土石坝水力劈裂发生过程的有限元数值模拟

在总结国内外关于水力劈裂机理分析及数值模拟方法的基础上,将所提出的渗透弱面水压楔劈作用模型引入基于比奥固结理论的有效应力法,采用弥散裂缝理论描述水力劈裂裂缝的发展过程,建立了用于描述水力劈裂发生和扩展过程的数学模型及有限元计算模式。模拟了挪威Hyttejuvet坝水力劈裂破坏的发生过程。计算结果表明:本文建立的数学模型和相应计算模式能够较好地模拟土石坝水力劈裂的破坏过程,可用于土石坝工程的安全性评价。

岩石与混凝土水力劈裂缝内水压分布的计算

假定岩石与混凝土水力劈裂过程的裂缝形态为椭圆形,根据自然营造力作用下产生水力劈裂的边界条件,从流体质量守恒和动量守恒定律出发,采用控制体积法推导出水力劈裂裂缝流体运动质量守恒定律的表达式及缝内水压分布的微分方程,并得到在裂缝扩展稳定状态任意时刻缝内压力的计算式。从定性和定量两个方面与已有的试验结果比较,论证了本文计算公式是正确的。

基于XFEM的土体水力劈裂模拟

水力劈裂会对心墙堆石坝的安全造成严重的负面影响。宏观上,土体水力劈裂可看作是土体在水力楔劈作用下使局部裂缝(薄弱面)进一步发展的破坏过程。XFEM是一种可以有效描述裂缝的数值模拟方法。采用XFEM结合Biot固结理论,并对裂缝单元进行处理,从而以弥散式的裂缝状态和嵌入式的裂缝形态共同描述了土体的水力劈裂过程,并以一个模型算例和挪威Hyttejuvet坝的实际工程算例对方法进行了验证。该工作的成果有助于理解土体水力劈裂的成因和过程,可用于对土工结构物的流固耦合破坏分析。

断裂理论下的深埋公路隧道衬砌水力劈裂作用分析

分析在高渗透压力作用下衬砌的水力劈裂机理,可为后续衬砌的防水设计提供理论支撑。文章结合深埋公路特长隧道特性,利用断裂理论对隧道衬砌水力劈裂作用从微观角度进行作业分析遥基于深埋隧道存在着高渗透压力、高地应力,将二者结合进行考虑,引入广义临界水压力进行裂纹扩展分析。依据工程实际,分析隧道渗水裂缝的具体位置,与力学分析相结合,验证了隧道的边墙位置发生渗水的概率最大。

心墙水力劈裂的总应力法分析

固结排水试验参数是有效应力法计算模型参数,用作总应力法计算时,只适用于心墙内孔压完全消散的情况。实际上心墙在施工期内仍存在较大的孔压,如果采用现有的总应力法计算,由于使用了饱和土固结排水试验模型参数,夸大了心墙水力劈裂的可能性。为此,提出了用非饱和心墙料做固结不排水试验得出总应力法计算模型参数的改进方法。通过对水力劈裂机理的探讨,提出了一种新的水力劈裂判断标准,即用心墙内紧靠上游表面的单元的组合应力与心墙前库水压力进行比较来判定。通过双江口堆石坝非饱和掺砾心墙料的固结不排水试验,进行了总应力法计算及水力劈裂分析,验证了观点的合理性。

水力冲填粉煤灰坝施工固结特性分析

用比奥固结理论计算了水力冲填粉煤灰坝的施工固结过程,从机理上分析了工程中上坝速度的合理确定、坝基沉积灰对冲填坝固结的影响等问题。结果表明,坝下设置排水层可以大大加快坝体施工固结速度,平均上坝速度在0.3m/d以内,坝体施工安全有保障。

路基压力注浆处治过程中土体劈裂机理分析

该文采用破裂有限元仿真分析系统(RFPA-FLOW),对公路路基压力注浆处治过程中的致密性土体水力劈裂过程进行模拟,分析了斜坡路基压力注浆土体水力劈裂过程中的应力分布及其变化规律,描述了水力劈裂过程中的3个重要阶段,得出了裂纹的形成诱导水头分布,水力劈裂为张拉破坏及剪切破坏共同作用的结果。

饱和粘土中挤土桩球形孔扩张的弹塑性分析

将桩体的贯入模拟为球形孔扩张过程,基于球形孔扩张理论,在大变形假定情况下,结合修正剑桥模型及水力压裂理论,由最小耗能原理从能量的角度推导出了饱和粘土中挤土按球形孔扩张后,土体整个范围内,包括弹性区、塑性区、破坏区内的应力、位移及超孔隙水压力分布的解析解,并分析了土的超固结比对结果的影响,和其他文献的比较结果证明了理论解析解的准确性。其结论可为饱和土地区的静压桩、打桩等岩土工程问题提供理论依据。

长江下游桥梁工程地基土体渗透特性研究

以江阴长江公路大桥北锚碇为例,首先阐述了锚碇地基土孔隙水压力观测和渗透性分析的意义。并根据江阴长江公路大桥地基基础安全监测成果,分析了孔隙水与长江水的水力联系。在比奥固结理论的基础上,采用变尺度优化方法反演了土工有限元分析中北锚碇地基土的渗透系数。并利用该桥北锚碇沉井浇筑完成后的实测变形结果,验证了反演参数的合理性。从而得知,土体的应力状态发生变化后将响应为土体参数的变化。上覆巨型基础的静荷载使地基土体渗透性减小,对基础的稳定性是有利的。