高土石壩心墻摻礫土料的動(dòng)力破壞標(biāo)準(zhǔn)研究

強(qiáng)震時(shí)，高土石壩頂部易出現(xiàn)心墻動(dòng)強(qiáng)度不足問題。解決這一問題的有效方法是頂部心墻也采用摻礫土料。摻礫提高了心墻料的動(dòng)強(qiáng)度，改善了心墻靜應(yīng)力狀態(tài)，減少了其發(fā)生水力劈裂的可能性，也有阻止裂縫發(fā)展和便于施工等優(yōu)點(diǎn)。但心墻摻礫提高了心墻分擔(dān)地震剪應(yīng)力的比例，降低了心墻適應(yīng)變形的能力，增加了工程投資。因此，頂部心墻是否摻礫及摻礫比例較難把握。 研究中比較了不同礫石含量土料的壓實(shí)密度、滲透性能、壓縮特性、抗剪強(qiáng)度及應(yīng)力應(yīng)變等工程特性。認(rèn)為高心墻堆石壩土料合適的礫石含量范圍宜為30%～40%，極限摻礫量不超過50%，摻礫量在20%以下效果不明顯。 為了探究摻礫心墻土料的動(dòng)力特性，對其分別進(jìn)行靜力和動(dòng)力的三軸試驗(yàn)，研究了不同固結(jié)比、不同摻礫比例、不同循環(huán)應(yīng)力比對摻礫土動(dòng)強(qiáng)度特性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明: 動(dòng)強(qiáng)度隨固結(jié)應(yīng)力比的增大先升高再降低，增大摻礫比例在一定程度上可以提高動(dòng)強(qiáng)度，隨著循環(huán)應(yīng)力比增大動(dòng)應(yīng)變隨振次增大速率變大且轉(zhuǎn)折點(diǎn)較早出現(xiàn)。 運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法，給出了堆石料動(dòng)剪模量比衰減及阻尼比增長的平均曲線表達(dá)式。建立了反映筑壩土石料非線性和滯回性的變參數(shù)Ramberg-Osgood模型，討論了模型參數(shù)及參考剪應(yīng)變的計(jì)算方法。推導(dǎo)了堆石料的增量耗散函數(shù)表達(dá)式，在熱力學(xué)基本定律的框架下，研究了堆石料的屈服函數(shù)，討論了其動(dòng)力變形機(jī)理和第2閾值應(yīng)變。對進(jìn)一步認(rèn)識(shí)筑壩土石料動(dòng)應(yīng)力變形特性有重要意義。 Bouc-Wen模型可以模擬大應(yīng)變時(shí)土體的強(qiáng)度和剛度退化特性。研究中討論了大應(yīng)變水平下阻尼調(diào)整的Bouc-Wen退化模型，分析了模型中各參數(shù)的物理意義及其對滯回圈的影響，探討了Bouc-Wen土體動(dòng)力模型的適用條件，采用遺傳算法對Bouc-Wen土體動(dòng)力模型的參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí)。構(gòu)造了基于Bouc-Wen模型的耗散增量函數(shù)，結(jié)合某心墻壩工程，分析了屈服曲線的發(fā)展形態(tài)，研究了土體動(dòng)力耗散特征及動(dòng)力變形機(jī)理。最后基于摻礫土及反濾料動(dòng)三軸循環(huán)試驗(yàn)，研究了Bouc-Wen模型在應(yīng)力控制條件下考慮土體累積變形的動(dòng)力特性等。 2100433B

強(qiáng)震時(shí)，高土石壩頂部易出現(xiàn)心墻動(dòng)強(qiáng)度不足問題。解決這一問題的有效方法是頂部心墻也采用摻礫土料。摻礫提高了心墻料的動(dòng)強(qiáng)度，改善了心墻靜應(yīng)力狀態(tài)，減少了其發(fā)生水力劈裂的可能性，也有阻止裂縫發(fā)展和便于施工等優(yōu)點(diǎn)。但心墻摻礫提高了心墻分擔(dān)地震剪應(yīng)力的比例，降低了心墻適應(yīng)變形的能力，增加了工程投資。目前由于心墻摻礫土料的動(dòng)強(qiáng)度研究很少，特別是黏土握裹礫石結(jié)構(gòu)的土體動(dòng)力破壞機(jī)理分析嚴(yán)重滯后,導(dǎo)致實(shí)際工程中心墻頂部是否摻礫較難決策。本課題擬采用最新研制的可控圍壓粗粒土大型單剪儀，進(jìn)行心墻摻礫土料的動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)，研究其大應(yīng)變滯回圈的表達(dá)方式、能量耗散及增量耗散函數(shù)。然后基于熱力學(xué)基本定律，討論心墻摻礫土料的大應(yīng)變變形與破壞機(jī)理，提出心墻摻礫土料的動(dòng)力破壞閾值標(biāo)準(zhǔn)。該課題對推動(dòng)土體動(dòng)力破壞標(biāo)準(zhǔn)研究有重要意義，在土石壩抗震及公路工程中有廣泛的應(yīng)用前景。

本書針對摻礫土質(zhì)心墻的應(yīng)力變形進(jìn)行了試驗(yàn)、理論和數(shù)值計(jì)算研究，提出了通過降低摻礫心墻料中細(xì)粒含量的辦法達(dá)到縮短大三軸排水剪切試驗(yàn)時(shí)間的試驗(yàn)方法，以及提出了近似反映固結(jié)程度的總應(yīng)力變形計(jì)算分析方法。編制了二維和三維有限元程序，以雙江口土質(zhì)心墻堆石壩為例進(jìn)行了數(shù)值分析。分析了心墻水力劈裂的機(jī)理及判斷方法。

前言

第1章 緒論

1.1 引言

1.2 國內(nèi)外研究綜述

1.2.1 土力學(xué)應(yīng)力變形計(jì)算

1.2.2 總應(yīng)力法變形計(jì)算

112.3 計(jì)算參數(shù)的室內(nèi)試驗(yàn)

1.2.4 土石壩工程的研究進(jìn)展

1.3 問題的提出

1.4 本書研究的主要內(nèi)容

第2章 摻礫心墻料的大三軸排水剪試驗(yàn)方法研究

2.1 引言

2.2 試驗(yàn)研究方法和步驟

2.3 滲透系數(shù)與剪切控制速率

2.3.1 滲透系數(shù)與固結(jié)系數(shù)

2.3.2 固結(jié)系數(shù)公式的驗(yàn)證

2.3.3 固結(jié)系數(shù)與剪切控制速率

2.3.4 剪切控制應(yīng)變速率的驗(yàn)證

2.4 降低細(xì)粒含量的百分比與滲透系數(shù)

2.4.1 試驗(yàn)儀器

2.4.2 試驗(yàn)土樣的制備

2.4.3 降低細(xì)粒含量的百分比與滲透系數(shù)

2.5 降低細(xì)粒含量的百分比與剪切控制速率

2.5.1 關(guān)系表達(dá)式

2.5.2 雙江口心墻料大三軸排水剪切速率的確定

2.5.3 雙江口心墻料大三軸試驗(yàn)有限元數(shù)值模擬

2.6 降低細(xì)粒含量的大三軸排水剪試驗(yàn)方法

2.6.1 鄧肯模型

2.6.2 降低試樣細(xì)粒含量的試驗(yàn)方法和步驟

2.6.3 雙江口心墻料降低細(xì)粒含量后試樣的參數(shù)修正系數(shù)

2.7 討論幾個(gè)問題

2.8 本章小結(jié)

第3章 近似反映固結(jié)程度的總應(yīng)力法計(jì)算理論

3.1 土石壩心墻計(jì)算的幾種處理方法

3.2 近似反映固結(jié)程度的總應(yīng)力法計(jì)算思路

3.3 應(yīng)力變形計(jì)算理論

3.3.1 瞬間加載下的變形

3.3.2 荷載不變下的固結(jié)變形

3.4 計(jì)算參數(shù)的試驗(yàn)方法

3.5 二維/三維有限元計(jì)算程序

3.5.1 二維有限元計(jì)算程序

3.5.2 三維有限元計(jì)算程序

第4章 摻礫心墻料的固結(jié)不排水剪試驗(yàn)研究

4.1 試驗(yàn)土料及儀器

4.2 固結(jié)變形特征

4.3 應(yīng)力應(yīng)變曲線及鄧肯模型參數(shù)

4.4 與飽和土的固結(jié)排水試驗(yàn)的比較

4.5 本章小結(jié)

第5章 近似反映固結(jié)程度的總應(yīng)力法有限元計(jì)算

5.1 工程概況及計(jì)算參數(shù)

5.1.1 工程概況

5.1.2 有限元計(jì)算參數(shù)

5.2 二維有限元計(jì)算分析

5.2.1 土石壩的變形

5.2.2 土石壩的應(yīng)力

5.2.3 土質(zhì)心墻的應(yīng)力變形

5.2.4 土質(zhì)心墻的固結(jié)變形

5.3 三維有限元計(jì)算分析

5.3.1 土石壩的變形

5.3.2 土石壩的應(yīng)力

5.3.3 土質(zhì)心墻的固結(jié)變形

5.4 改進(jìn)總應(yīng)力法在水力劈裂分析中的應(yīng)用

5.4.1 心墻水力劈裂機(jī)理

5.4.2 水力劈裂的總應(yīng)力法分析

5.5 本章小結(jié)

第6章 總結(jié)與展望

6.1 總結(jié)

6.2 展望

參考文獻(xiàn) 2100433B

本項(xiàng)目針對超高土石壩的礫石土防滲料及其反濾料在很高且復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下是否會(huì)發(fā)生滲透破壞、壩體是否能夠安全運(yùn)行的問題，通過改造后的大型滲透儀和大型三軸試驗(yàn)儀，模擬壩體實(shí)際的高應(yīng)力和復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，研究礫石土防滲料和反濾料聯(lián)合抗?jié)B機(jī)理和防滲體開裂后的滲透破壞機(jī)理。通過對試驗(yàn)成果的綜合分析，提出考慮應(yīng)力狀態(tài)時(shí)礫石土防滲料是否發(fā)生滲透破壞的判別方法以及各種形式裂縫是否能夠自愈的判別方法。同時(shí)得出高應(yīng)力和復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)對礫石土及其反濾料的抗?jié)B性能的影響規(guī)律。. 研究成果將為超高土石壩礫石土及其反濾料的選擇和設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，增加在高應(yīng)力和復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下礫石土及其反濾料聯(lián)合抗?jié)B機(jī)理以及裂縫沖刷機(jī)理方面的科學(xué)認(rèn)識(shí)，為超高土石壩防滲體及其反濾料的滲流安全評價(jià)奠定基礎(chǔ)，并為防止超高土石壩發(fā)生滲透破壞而導(dǎo)致壩體失事提供參考。 2100433B