粗粒料级配缩尺中相似比例对密度影响的试验研究

针对粗粒料密度研究中变量复杂问题,为探究不同相似比例n值对试验材料密度变化的影响规律,以红石岩堰塞坝料的两条代表性级配为研究对象,在相同的试验条件和参数标准下,分别研究不同变量指标对密度的影响。结果显示:最大干密度和最小干密度均随相似比例n值的增加呈先增加后减小的变化趋势;同时,由于相似比例n值的不同引起了其它级配特征值的变化,材料P_5含量在小于30%范围内变化时对最大干密度的影响较为明显,随P_5含量的增大呈增大趋势;C_u/C_c对密度的影响与P_5相似,下凹型级配中最大干密度和最小干密度随中值粒径d_(50)增大呈先增大后减小,总体趋于减小的变化规律。结果表明:相似比例n值会影响材料之间粗细颗粒的填充关系,对下凹型级配曲线密度产生明显影响,对平均级配曲线影响较小,室内试验时需选择适宜的相似比例。     

竖向应力对堆石料降雨湿化变形影响研究

堆石料遇水后产生的湿化变形对堆石坝的安全运行造成一定影响,但目前对降雨作用引起的堆石料非饱和湿化变形的认识还不够充分。以某工程软岩堆石料为研究对象,开展不同竖向应力条件下的降雨湿化变形试验,分析材料湿化变形基本规律及竖向应力对材料湿化变形的影响。结果表明：不同竖向应力条件下材料湿化变形发展规律相似,其湿化应变增长经历了快速、缓慢及稳定三个阶段,各阶段湿化变形量值、发展速率及稳定时间有所差异;竖向应力对初次降雨时材料湿化变形的影响十分显著,随着竖向应力的增大,湿化应变时程曲线呈完全不同的发展趋势。同时,分析了竖向应力对多次降雨循环下材料湿化变形的影响,发现低竖向应力时材料颗粒滑移、位置重排引起了大部分湿化变形,其应变增加幅值小;竖向应力较高时,颗粒破碎等加剧了湿化变形的发展,应变大幅增加;随着竖向应力的进一步增大,颗粒破碎率降低,试样密实度提高,颗粒间咬合约束作用凸显,湿化变形增幅减小。     

不良级配粗粒土渗透变形的数值试验

针对单一粒径粗粒组和细粒组混合而成的不良级配粗粒土,采用计算流体力学与离散元耦合方法,考虑孔隙水与固体颗粒的相互作用,模拟了一定水力比降作用下的渗透变形过程,研究了细粒的运动规律,对比分析了初始细粒含量对渗透变形过程的影响。在水力比降作用下,土样中细颗粒运移会经历两个阶段,初期渗透压密,运动速度较低,之后随着渗透变形发展,渗流通道和运移通道逐步开敞,细颗粒运移速度加快。渗透变形发展过程中,土样出水口和入水口位置细粒含量降低、局部水力比降减小,而中部细粒含量增大、局部水力比降缓慢增加。当土样中初始细粒含量达到40%时,土样中部细粒含量会提高,并逐渐出现明显淤积层。土体渗透变形取决于整个渗径上的渗透稳定性,土料自身颗粒粒径几何关系确定的内部稳定性不能完全表征土体的渗透稳定性。     

不同降雨类型下高地下水位渠道性态数值模拟研究

为解决高地下水位渠道在遭遇强降雨时容易发生衬砌破坏的问题,深入研究了不同降雨条件下高地下水位渠道内部结构性态的响应规律。基于非饱和渗流理论,对4种不同降雨类型条件下渠道内部的渗压(总水头)情况进行了分析研究,得出对衬砌结构安全最不利的降雨类型是前锋型降雨和均匀型降雨。在渗流分析的基础上,基于Morgenstern-Price法对渠道边坡进行了稳定分析,结果表明随降雨的持续,各种降雨类型条件下边坡安全系数均表现为持续减小。同时前锋型和均匀型降雨条件下发生滑坡的风险大于其他两种雨型。因此,从渗流和边坡稳定计算角度看,应重点关注前锋型和均匀型降雨。在此基础上,对渠道排水设计进行了优化改进,所提方案可有效降低渠道内部的渗流压力。     

砂砾料流变特性试验研究

针对某工程砂砾料开展了大型三轴流变试验研究,获得了砂砾料流变变形的基本规律,探讨了流变变形速率发展特征及其与围压、应力水平的关系。在双对数坐标中,初期流变速率随时间非线性减小;随着时间的发展流变速率与时间的关系逐步稳定为线性关系。在同一围压下,体积流变速率随时间发展规律基本一致,受应力水平的影响较小;应力水平越大,剪切流变速率初值越大,双对数坐标中不同应力水平下的剪切流变速率—时间曲线斜率基本一致。同一应力水平下,不同围压体积流变速率随时间发展趋势基本一致,但围压越高体积流变速率数值越大;剪切流变速率随时间发展趋势也基本一致,围压越高剪切流变速率数值越大。借鉴Mitchell一维流变速率模型,对体积流变速率与剪切流变速率随时间发展的规律建立了数学模型,提出了基于流变速率的三维流变模型。     

基于坝壳湿化过程数值模拟的心墙坝初蓄水力劈裂机理研究

初次蓄水过程中的水力劈裂破坏是土质心墙土石坝面临的最主要安全问题之一。为探索这一难题,回顾了疑似水力劈裂事故及暨有研究尚不能回答的问题,探讨了水力劈裂所需的必备应力条件和可能原因。分析了既有浸水湿化变形试验并建议了采用时间对数演进模式、单位时间湿化体变和湿化剪应变分别取决于围压和剪应力水平的湿化变形时间过程计算模型,并应用于模型坝数值模拟,再现了初蓄过程水力劈裂破坏所需应力条件,得到了顺岸坡方向上后期变形增量空间分布导致心墙拉伸和水力劈裂破坏的机理。最后提出了确保坝壳压实度、控制后期浸水后变形,保证心墙与坝壳后期变形量值和速率协调为核心的水力劈裂防控方法建议。     

糯扎渡高心墙堆石坝离心模拟试验研究

近年来，随着高土石坝建设的迅速发展，研究坝体在施工期和运行期的各种性状已成为土石坝研究领域中最为重要的课题。同时，离心模拟试验技术在高土石坝的研究中也有了更加广泛的应用。本文结合坝高261．50m的糯扎渡心墙堆石坝，利用小比尺离心模型进行了模拟试验，研究坝体在施工期和运行期的应力和变形性状，论证采用小比尺离心模型研究高坝变形和应力性状的可行性，同时提出了原型坝体在竣工期和蓄水期的应力变化和变形情况，为该坝的设计和施工提供了科学依据。     

基于图像识别技术的土石料级配检测系统

本文开发了一种基于图像识别技术的土石料粒径级配检测系统。该系统修建在土石料填筑现场,通过对车辆运送的土石料进行拍照,将图片传输到识别系统,采用图像识别技术,分析土石料粒径并绘制级配曲线以判断土石料是否满足设计包络线要求。在此基础上,设计建造了一个小型土石料粒径识别系统样机,选取不同粒径范围的石英岩土石料,将图像识别得到的级配曲线与传统人工筛分法得到的级配曲线进行对比,发现二者级配曲线吻合度较好。表明本文开发的土石料级配检测系统是稳定可靠的,可以运用于现场坝料级配检测。     

高砾石含量心墙土的水力破坏试验研究

心墙水力破坏是高心墙堆石坝主要安全问题之一,采用中型应力路径三轴仪开展高砾石含量心墙土的水力破坏试验,研究了围压、砾石含量和注水速率等因素对其特性的影响,提出了砾石土内部组成的抽象模型和高砾石含量下水力击穿破坏的发生机理,并探讨了水力击穿演进过程及其与水力劈裂的联系。结果表明:试样在偏应力作用下固结后,通过试样中心预置的水流通道不断提高试样内部水压力,当内部水压力升至略高于围压时,试样出现水力破坏;以注入试样中的水量大幅度增加,但注水压力不增加时对应的内部水压力作为水力破坏压力,其与围压的比值随砾石含量的增大而减小,并随围压和注水速率的增大而增大;试验在高砾石含量范围内(砾石含量35%~50%),试样破坏时外表面有分散出水点,破坏路径在试样内部呈不规则线,水力破坏模式为水力击穿。     

流变对悬挂式防渗墙应力变形的影响初探

覆盖层中坝下防渗墙竖向应力变形在很大程度来源于覆盖层向混凝土防渗墙传递的负摩阻力。为解决覆盖层防渗墙应力计算值异于工程中实测值的问题,在非线性计算中引入变形黏滞特性,以Maxwell元件模型为基础,融合模拟瞬时变形的Duncan非线性模型和模拟黏性变形的Newton黏性定律,并推广到三维,建立了联合模拟非线性变形和流变(黏性变形)的计算模型。基于某规划中在超深厚覆盖层上修建150 m级心墙堆石坝的实际工程,建立了河谷段覆盖层和混凝土防渗墙的平面应变简化分析模型。深厚覆盖层表面坝体填筑过程被简化为逐级施加的均布荷载。模拟了填筑过程及填筑完成后短期内河谷段悬挂式防渗墙的竖向变形和竖向应力发展过程。考虑剪切变形的黏性时,覆盖层因附加应力作用下沉降变形而向防渗墙传递的负摩阻力会出现应力松弛。覆盖层变形对防渗墙整体向下拖曳、向位于墙体中下部的覆盖层-墙体沉降差中性点处挤压的作用减小,防渗墙较不考虑黏性时存在少量向上整体位移增量,内部沉降梯度减小,竖向应力减小。考虑黏性时,覆盖层顶面荷载施加结束不再提高后,防渗墙应力还会继续下降,直到稳定。假定墙体处于弹性状态,亦暂不考虑墙体混凝土徐变,采用恒定模...