二滩水电站导流隧洞堵头结构模型试验和数值计算研究

通过结构模型试验，研究了二滩水电站导流隧洞两种形式堵头的工作性态和极限承载能力，并结合数值计算分析进行相互验证，从而对堵头形式作出综合评价。

闸墩内部水管冷却和表面保温措施的抗裂作用研究

本文针对闸墩施工期混凝土易开裂的问题,分析了闸墩在施工期混凝土的开裂原因,说明了采取闸墩内部水管冷却和表面保温两种不同温控措施的防裂机理与效果。指出单纯表面保温措施能虽够减小闸墩早期内外温差和表面拉应力,却使得混凝土的温升和温降幅度加大,闸墩冷缩期内部拉应力显著增加。于是提出内部水管冷却和适度表面保温相结合的闸墩温控防裂新思路,并已在姜唐湖泵送混凝土退水闸工程中得到应用,严寒季节施工的所有16孔闸室泵送混凝土都没有开裂,收到了较好的防裂效果。

粗粒料试验缩尺效应的分析研究

为了对粗粒料缩尺效应有全面的认识,对粗粒料缩尺效应的表现形式进行了系统地阐述,可分为密实度缩尺效应和力学特性缩尺效应。以此为准,整理了前人的研究成果,并总结了缩尺效应的表现规律。密实度缩尺效应规律为:最大粒径越大,则最大或最小干密度越大,且这种规律与缩尺方法无关。此规律可从级配、颗粒形状及压实功3个方面进行解释。力学特性缩尺效应规律为:同一干密度制样标准下,抗剪强度和变形模量均随最大粒径增大而减小,这可从密实度和颗粒强度两个方面进行解释;但同一相对密度制样标准下,力学特性缩尺规律不统一,机制不清晰,需进行进一步地研究。

粗粒筑坝材料密实度的缩尺效应研究

针对已有研究成果忽视密实度缩尺效应对粗粒筑坝料力学性质影响的问题,根据双江口300m级土石坝堆石料的原平均设计级配曲线,采用4种不同缩尺方法得到室内干密度极值试验成果,利用粗粒筑坝材料的级配设计母线——Talbot曲线,引入分形几何理论,选取对级配性质较为敏感的Talbot公式的指数n以及反映颗粒形状与粗糙度的因子作为分形指标,解译粗粒料密实度出现缩尺效应的内在原因,为粗粒料级配构成对密实度影响的量化评价提供依据,克服以往只能利用不均匀系数和曲率系数进行模糊评价的缺点。利用PFC2D软件,结合混合法各缩尺比级配进行干密度极值数值试验,研究缩尺效应对粗粒料的相对密度、孔隙率的影响规律,并分析引起其差异的细观机制。

免疫遗传算法在土石坝筑坝粗粒料本构模型参数反演中的应用研究

建立了确定筑坝粗粒料本构模型参数的有限元计算理论与IGA相结合的反演分析方法,利用公伯峡筑坝现场大型载荷试验资料,对筑坝原级配料的本构模型参数进行了反演研究。结果表明,由于在微弱风化花岗岩掺加云母片岩,颗粒破碎严重,爆破堆石料(3BⅠ)的原级配粗粒料反演参数远低于室内三轴试验成果;与3BⅠ堆石料相反,砂砾料(3BⅡ)现场反演得到的邓肯E～B模型参数高于室内三轴试验值;室内三轴试验成果不能客观反映筑坝材料的力学特性,对于当今的300m级高土石坝建设,宜加强对原级配粗粒料的力学特性研究;同时对原型实测的空间位移场不同拟合方式进行了探讨,认为仅考虑铅直向变形的IGA参数反演成果能基本满足土石坝工程的精度要求。

粗粒筑坝材料的增量流变模型研究

针对全量型流变模型与加载应力路径无关,不能考虑施工或蓄水期在变应力作用下土石坝流变遗传特性的问题,基于继效理论,结合某工程堆石料的三轴流变试验资料,提出了适合于土石坝筑坝材料流变特性分析的7参数增量流变模型;利用试验各级增量荷载作用下的最终体积流变量与对应体积应力之间为近似线性关系,最终剪切流变量与对应的试验广义剪应力之间接近双曲线关系,整理得到其流变体积模量和剪切模量等模型参数;验证分析表明,建议的增量流变模型计算值与试验结果吻合较好,其可应用于实际土石坝的流变研究。

闸墩“枣核形”裂缝成因机理和防裂方法研究

针对闸墩中经常出现的“枣核形”裂缝,借助混凝土温度和应力有限元仿真计算方法,进行多工况多参数的比较分析研究,在查清具体工程裂缝成因机理后,提出适时合理的防裂方法,应用效果明显,对类似工程提供了借鉴作用。

“5·12”汶川地震紫坪铺面板堆石坝静动力初步反演研究

根据"5·12"汶川地震峰值加速度衰减关系,推求坝址基岩EW、NS、UD方向峰值加速度分别为0.52g、0.46g、0.43g,然后采用比例法将实测加速度记录(051MXT)换算得到紫坪铺大坝动力计算的输入加速度时程;在利用建设阶段变形监测资料反演堆石体静力模型参数得到大坝静应力的基础上,结合吉林台、猴子岩等工程室内试验资料类比得到了堆石体反映振动硬化特性动力模型的初步参数,并结合关门山、察汗乌苏等工程的现场原位试验资料和大坝实测地震加速度的频谱特性进行了调整复核;通过计算输入地震加速度的等效振动周数,利用实测资料对大坝堆石体的永久变形参数进行了反演分析。结论认为:振动硬化动力模型反映了大坝堆石体地震过程中的"震缩"现象,"5·12"汶川地震主震时间较长和坝址近震的铅直向加速度较大,是紫坪铺大坝震后永久变形较大的主要原因,Ⅱ、Ⅲ期混凝土面板的错台由于堆石体永久变形引起的次生破坏。现有土石坝动力分析理论和方法基本可以反映土石坝的抗震性能。

岩土新技术在南水北调工程中的应用研究

介绍了两项岩土新技术在南水北调工程中的应用,一项是土工袋技术处理膨胀土渠坡,即将现场开挖膨胀土装入编织袋中,按一定方式排放在膨胀土渠坡上,以达到抑制膨胀土浸水膨胀变形,提高渠坡稳定性的目的;另一项是新型直剪试验法,它较好地解决了常规直剪试验方法中由于受剪切盒内壁摩擦影响而无法精确测定剪切面的垂直应力问题,而且能在现场进行较大尺寸的原位试验,可用于快速复核开挖暴露岩土体的强度参数,特别是能够真实反映膨胀土裂隙对膨胀土抗剪强度的影响,为膨胀土抗剪强度参数研究提供了新的方法和途径。

沥青混凝土水力劈裂的细观机理研究

以基于离散单元法的二维颗粒流程序(PFC^(2D))为平台,建立可模拟沥青混凝土水力劈裂的数值模拟方法,深入研究沥青混凝土水力劈裂机理。该方法可模拟水力劈裂裂缝出现、扩展直到破坏的全过程。在此基础上,对沥青混凝土水力劈裂的细观机理和发生条件进行了研究。水力劈裂为拉伸破坏,细观机理为颗粒间法向接触力(拉力)超过法向粘结强度时,产生微裂缝,导致渗透系数增大,水压力急剧增长,从而激发更多微裂缝产生,直至微裂缝贯通形成宏观裂缝。发生条件为存在弱接触面区,有利于微裂缝的产生,而微裂缝产生后又可诱发更多裂缝产生直至贯通形成宏观裂缝。

混凝土多轴应力状态下的徐变研究

在搜集国内外有关资料的基础上,通过对混凝土在多轴应力作用下的徐变与强度关系分析,说明在多轴应力状态下不能简单地采用叠加原理。展示了新的三轴徐变量测仪器及其徐变试验成果以及2组多轴与单轴应力状态下的徐变恢复试验成果,并对试验数据进行比较分析,得到多轴应力状态下徐变恢复与应力大小以及持荷时间之间的规律,证实了多轴应力状态下的徐变恢复与已经产生的压缩徐变有密切的关系。

水泥土泥皮下土与结构接触面的单剪特性

采用大型单剪仪进行粗粒土与混凝土接触面在水泥土泥皮(粘土中掺入水泥)条件下的剪切试验,揭示泥皮条件下接触面的力学特性与机理。试验结果表明,峰值强度以及剪胀发生所对应的位置与法向应力大小有关,峰值强度所对应的剪应变滞后于产生剪胀的位置。剪切破坏时,在同一高度处,法向应力越大,切向位移也越大;同样的法向应力及高度处,切向位移随水泥含量的提高而增大。以单剪试验为原型,采用颗粒流模拟程序PFC建立水泥土泥皮条件下粗粒土与混凝土接触面的单剪模型,通过对接触面试验试样内部特征点在剪切过程中运动状态的追踪,分析了土体的扰动高度及其主要影响因素。研究发现,扰动高度与粗粒土的最大粒径、法向应力以及粗糙程度(有无泥皮)等有关。对粗粒土,靠近结构面3～4倍最大粒径的区域内土颗粒切向位移明显,形成明显的剪切错动带,因此,建议该剪切错动带厚度为有厚度接触面单元厚度。

成型方法对沥青混凝土力学性质影响的细观研究

基于离散元原理(DEM),利用二维颗粒流程序(PFC2D)模拟了沥青混凝土三轴试验静压法和振动法成型制样方法,从细观层面分析了不同制样方法引起沥青混凝土应力应变行为差异的原因。结果表明,制样方法不同,沥青混凝土的细观结构也不同,主要表现为配位数和粘结数不同,从而影响宏观的应力—应变行为。

抗滑桩桩前滑体抗力分布规律及工程应用研究

抗滑桩设计荷载包括滑坡推力和抗滑桩桩前抗力,桩前抗力在水平方向上被认为是均匀分布的,为研究桩前滑体抗力的分布规律,在分析抗滑桩与桩间土体相互作用的基础上,利用FLAC-3D有限差分软件,进行计算。计算结果表明,桩前抗力在水平方向上呈现中间大两边小的趋势,分布规律与桩间距、滑坡推力、桩截面尺寸、土体参数等因素有关。按目前规范推荐的方法,抗滑桩的结构设计是偏不安全的。

龙口混凝土重力坝齿槽及长间歇期仓面防裂研究

以龙口混凝土重力坝齿槽部位和长间歇期仓面为主要研究对象,针对上述部位温度应力较大的情况,通过坝体施工期温度应力场三维有限元仿真,对其进行主成因分析.仿真计算结果表明,约束和基础温差导致齿槽上下游基岩面上温度应力较大,很可能导致接触面胶结破坏.经过对寒潮来临前各项保温措施的敏感性分析,建议在低温季节来临前将坝体温度降低到较低水平,同时需对长间歇期仓面采取严密的保温措施.

水布垭面板堆石坝施工与运行性状反演研究

利用水布垭大坝建设阶段堆石料的现场大型试验成果,以及施工期、蓄水运行期原型大坝的实际变形监测资料,采用免疫遗传算法反演得到堆石的邓肯E-B模型参数和增量流变模型参数;对施工期面板的脱空现象、初蓄水时和蓄水运行期大坝的结构性态进行验证分析;大坝长期运行特性的计算预测结果表明,大坝结构运行是安全的,我国200 m级面板坝的筑坝技术已日趋成熟。但是,由于水荷载作用下面板下卧堆石应力增长,使得蓄水运行期大坝上游堆石区的流变增加更为明显,导致面板出现挤压现象,需要引起重视。

粗粒坝料边坡稳定分析强度指标研究

分别采用线性、非线性强度指标,对几座典型高堆石坝边坡进行稳定计算,并分析了计算结果产生差异的内在原因;认为粗粒土坝坡最危险滑弧位置较浅,低围压区的抗剪强度特性才是决定坝坡是否稳定的关键。在国内外多个堆石坝料强度统计资料基础上,认为De Mello幂函数强度准则更合理地反映不同应力范围抗剪强度的非线性特征;通过拟定不同坝高、坡比的坝坡进行稳定计算,确定了土石坝不同坝高潜在最危险滑块的工作应力范围,并建议了基于该应力范围的线性强度指标取值,其边坡稳定分析最小安全系数与非线性强度指标的计算值基本相当。

混凝土面板堆石坝中高趾墙结构应力计算分析

混凝土面板堆石坝高趾墙是一个三向受力体系,采用材料力学法和三维有限元法两种方法对高趾墙进行竣工期和蓄水期的结构应力分析。结果表明,两种计算方法所得结果基本一致,材料力学法可以简单、快捷的计算出结构大主应力的大小和位置,但该方法具有局限性,对于重要工程仍需用有限元法进行校核。

喀腊塑克碾压混凝土重力坝坝基防渗和排水设计研究

运用有限单元方法和排水子结构技术,对喀腊塑克碾压混凝土重力坝坝基进行了渗流场求解,分析了坝基渗流场的水头分布规律,主要研究了坝基上游防渗帷幕和排水幕的选择和布置,并在此基础上提出坝基优选渗控方案。

粗粒料二维与三维孔隙率的对应关系研究

为了使粗粒料二维数值试验更精确完善,针对数值模型的二维孔隙率与实际三维孔隙率等价性问题,设计能够囊括工程级配范围的一系列级配曲线,分别用二维、三维颗粒流程序模拟极值孔隙率试验,得出二维与三维极值孔隙率。研究结果表明,二维极值孔隙率与三维孔隙率具有较好的线性相关性。