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沈珠江残余变形模型的改进及其应用研究

孟凡伟  
【摘要】: 土石坝因其结构简单、工程经济、施工快速而成为应用最广的坝型。随着我国水利水电建设的快速发展,拟建的堆石坝的高度已达300m级。西部地区地质条件复杂,地震频繁且强度大,因此大坝抗震研究工作的迫切性和重要性日益突出。从震害资料分析可以看出,土石坝的裂缝、震陷、滑坡等都与地震残余变形有关。在土石坝地震永久变形计算中,到目前为止尚未形成一个比较统一的残余变形计算模型,选用不同的计算模型其计算结果往往会有所差异。沈珠江模型在表达式上为增量形式,参数较少且获取较易,应用性强,概念较清晰,在土石坝永久变形分析中应用较多。但近年来的研究表明,沈珠江模型计算结果有时偏大,对于强震区高面板堆石坝,偏大的永久变形将导致面板应力过大,不便于综合评价面板堆石坝的抗震性能。因此,本文利用高精度中型三轴仪,试图通过试验对沈珠江模型加以改进,并运用有限元计算进一步验证改进模型的合理性和适用性。 本文主要工作分为以下部分: (1)利用高精度静、动两用液压伺服中型三轴仪,对堆石料进行静力、动模量和阻尼比以及动力残余变形试验,其中考虑了围压、固结比、动应力、密实度的不同,研究其在不同应力条件下的变形特性。 (2)在沈珠江模型的基础上,考虑残余变形应力水平的相关性对沈珠江模型进行改进,并整理出计算参数,同时分别利用水科院模型和谷口模型对试验数据进行整理,以便进行对比分析。 (3)在改进模型的基础上考虑不同密实度对残余变形的影响,在计算模型中引入孔隙比,得到的模型参数具有孔隙比无关性,具有更普遍的意义,由此可以推得现场密实度下的堆石料的残余变形。 (4)利用试验得出的参数对理想面板堆石坝进行永久变形分析,分别考虑永久变形模型、坝高、坝坡、地震峰值加速度、地震反应谱以及密实度等多种影响因素对坝体永久变形的影响,通过计算验证了改进模型的合理性,并得出一些有意义的结论,对工程实际的设计和施工提供指导性建议。 (5)结合工程实际——漩坪水电站面板堆石坝静动力及永久变形分析,用改进模型对其进行永久变形分析,进一步验证了改进模型的适用性。


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