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。

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。

基于分形理论的堆石料级配设计方法

根据分形理论,推导了堆石料级配的分形分布公式。利用6座心墙坝和5座200 m级面板坝工程的现场级配检测资料进行验证,相关系数基本在0.95以上,吻合较好;相对于不均匀系数Cu和曲率系数C_c指标,粒度分形维数可以更客观地反映堆石料填筑级配平均特性;对英安岩、凝灰岩和混合岩等不同母岩特性的缩尺堆石料进行了室内干密度试验研究,同时结合水布垭等4座大坝原级配堆石料的检测资料,研究了级配(粒度分形维数)与压实干密度的关系,认为级配是影响堆石料压实性能的主要因素;利用粗粒土级配的Cu,C_c与分形维数的关系,首次提出了堆石料、过渡料等大粒径筑坝材料的良好级配范围,其粒度分形维数在2.22~2.63之间。研究结论可为堆石料的级配设计与优化提供依据。

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。

电渗法处理大连大窑湾超软土室内试验

介绍了大连大窑湾超软土室内电渗试验,通过试验确定了能取得良好电渗效果的电流密度。试验研究表明:电渗出水速率与通电电流有很好的线性关系,与温度也有较好的相关性;在试验后期,间歇通电可明显提高电渗效果;电渗产生的微裂隙与电势分布关系密切。

碧口心墙堆石坝抗震复核分析

经历"5.12"汶川大地震后,碧口心墙堆石坝出现不同程度的震损现象。根据汶川地震自由场峰值加速度随断层距的衰减关系,利用距坝址较近的文县地震台站(062WIX)实测记录,推求碧口水电站坝址岩基输入加速度时程。通过类比相关工程室内大型动三轴试验资料,结合筑坝材料的工程特性,确定大坝填料的动力模型参数。基于三维动力有限元分析TSDA程序,计算得到的大坝震后永久变形、心墙动孔隙水压力与实测资料较为接近;大坝的绝对加速度反应不大,最大放大倍数仅为2.36倍,坝基防渗墙的动力反应也较小。由于坝址区位于汶川地震发震断层的上盘,虽然地震持续时间较长,但地震波的高频分量发育,大坝的动力反应小于依据《水工建筑物抗震设计规范》设计反应谱合成规范波的对应值。研究结果表明,采用现代重型振动碾压技术填筑的碧口心墙堆石坝具有良好的抗震性能,现阶段土石坝抗震计算理论与方法基本合理。

考虑剪胀与软化的接触面弹塑性模型

采用大型单剪仪进行粗粒料与混凝土接触面在混合土泥皮(膨润土中掺入水泥)条件下的剪切试验,揭示混合土泥皮条件下接触面的力学特性与机制。试验结果表明,存在混合土泥皮时,接触面表现出明显的剪胀及应力–应变软化现象。峰值强度以及发生剪胀所对应的剪应变与法向应力大小有关,相同法向应力下,峰值强度所对应的剪应变滞后于产生剪胀的位置。为反映接触面的这一变形特性,基于广义位势理论,建立考虑剪胀以及应变软化的接触面弹塑性本构模型。利用塑性状态方程取代传统屈服面,采用分段函数,对剪应力与剪应变关系曲线和法向应变与剪应变关系曲线均用双曲线函数以及似正态函数分别进行拟合,从而确定模型中的各个参数。结合部分试验结果表明,模型计算的剪应力与法向应变与试验值的误差分别在10.5%,12.7%以内,从而验证模型的合理性。

粗粒筑坝材料的动力变形特性

结合室内大型动三轴试验资料,对粗粒料的动力变形特性进行研究后认为,在复杂的高应力条件下振动过程中试验粗粒料由于体积缩小而变得更为密实,其动应力-应变关系与Hardin-Drnevich模型的双曲骨架曲线假定有明显差异,其阻尼特性也不符合Hardin假定;提出了反映试验过程中材料振动硬化特性的幂函数型动应力-应变关系模型和基于试验资料的粗粒料阻尼比估算公式;粗粒料的动残余变形特性与其初始密度、静应力状态、动荷载、振动持续时间等因素密切相关,建立了考虑初始固结围压影响的粗粒料残余应变与动剪应力之间的关系模型。可为强震区超高土石坝的深入研究提供可靠的理论依据。

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。

考虑堆石料空间变异性的土石坝地震反应随机有限元分析

探讨了一种将随机场模拟技术与有限元方法相结合的随机有限元法在土石坝地震反应分析中的应用途径。采用局部平均细分法模拟堆石料物理力学性质随机场,使得能够考虑堆石料的空间变异性。提出尽量利用建立材料物理性质与力学性质关系的计算模型,以降低获取材料力学性质统计特性信息的成本。以一实际工程为例,采用该随机有限元法计算了堆石料的干密度、孔隙比、不均匀系数、平均粒径、Duncan–Chang E–B模型模量系数以及初始摩擦角具有不确定性时土石坝的随机地震响应及永久变形。结果表明:筑坝堆石料的不确定性会使大坝响应及永久变形发生一定程度的离散;忽略材料的不确定性可能导致低估大坝的地震反应;表征大坝地震反应的各性能指标并不一定都符合正态或对数正态分布。

“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。

混凝土绝热温升计算模型及其应用

混凝土绝热温升计算模型是影响混凝土结构水化热温度场有限元仿真分析精度的关键因素.本文从水泥水化放热反应本质出发,考虑龄期、温度和温度历史影响,提出了一种基于水泥水化度的混凝土绝热温升计算模型.通过对混凝土绝热温升试验数据的拟合,确定模型特征参数及验证模型的准确性,并将模型应用于混凝土温度场有限元仿真分析中.算例结果表明,该模型不仅能够采用统一的函数来描述不同浇筑温度和温度历程下的绝热温升过程,且与混凝土绝热温升的试验实测数据较好吻合,同时也能较精确地预测工程现场条件下混凝土结构实际的温度变化,具有一定的应用价值.

信息熵理论在水力学中的应用

文中介绍了应用信息熵理论对脉动压力数据处理，对非宽浅河流断面流速分布及断面泥沙浓度分布等问题所进行的探索，所得成果与实测资料吻合较好．

土水特征曲线的一个滞回模型

分析土水特征曲线滞回模型在非饱和土计算,尤其在非饱和土干湿循环过程计算中的作用.介绍Li的滞回模型并指出该模型存在扫描曲线易于出界的不足.基于Li建模的思路,建立一种新的预测模型,并对其进行修正.修正后的模型可以解决Li滞回模型中存在的问题.通过与试验结果比较,发现该修正模型得出的扫描曲线与试验点吻合较好.

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。

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。

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。