收藏本站
《河海大学》 2005年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于断裂力学的土石坝心墙水力劈裂研究

王俊杰  
【摘要】:心墙的水力劈裂问题是目前高心墙坝设计中急需解决的关键岩土工程技术问题之一,对其进行深入研究,有益于解决实际工程问题和进一步完善土石坝设计理论。本文在总结和评述前人研究成果的基础上,从发生条件、力学机理、判定准则和数值模拟等方面对其进行了系统深入地研究。 水力劈裂的发生条件包括物质和力学两个方面。前者是存在于心墙上游面的裂缝和心墙土料的低透水性,该条件通常是具备的;后者是库水进入裂缝后形成的足够强的“水楔”作用。由于“水楔”作用的形成需要快速的蓄水速率和心墙土体为非饱和状态,水力劈裂通常易发生在水库的初次蓄水期,若心墙土体为饱和状态或者稳定渗流已经形成,发生水力劈裂现象的可能性将不大。 通过裂缝进入心墙的水体,在裂缝内形成的梯度水压力改变了裂缝尖端的应力场,当该应力场的强度达到裂缝扩展所需要的强度时,裂缝就扩展,即发生水力劈裂现象,这就是水力劈裂发生的力学机理。该机理可从断裂力学的角度揭示,水力劈裂问题也可用断裂力学的理论进行研究。 从断裂力学的角度研究水力劈裂问题,首先要研究的是心墙土体的断裂特性。针对标准三点弯曲断裂试验中无法克服试样自重影响的缺点,提出了从水平方向施加断裂荷载的改进方法,并基于该改进方法,研制了适于测试土体断裂参数的测试仪。利用该仪器,对云南糯扎渡堆石坝心墙料的击实试样进行了室内断裂试验,论证了线弹性断裂力学的适用性,研究了其Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅰ—Ⅱ复合型的断裂特性。结合前人研究成果,建立了岩土材料的断裂韧度K_(IC)和单轴抗拉强度σ_t间的线性相关关系。提出了所研究土体的Ⅰ—Ⅱ复合型断裂判据。 基于线弹性断裂力学理论和断裂试验成果,提出了Ⅰ—Ⅱ复合型的水力劈裂判定准则。以含裂缝的方形水力劈裂试验试样和含裂缝的心墙上游面为例,推求了其发生水力劈裂的条件,讨论了判定准则的应用,分析了水力劈裂发生的机理和最危险裂缝的产状。 提出用4结点等参单元建立裂缝及其端部的有限元模型,用虚裂缝扩展法计算J积分,对水力劈裂的发生发展过程进行判定模拟的有限元方法。通过数值方法计算标准三点弯曲梁和非对称四点弯曲梁的应力强度因子,分析混凝土重力坝坝踵裂缝问题,验证了该方法的有效性。 讨论了裂缝长度、裂缝位置、库水位、以及心墙土料的弹性模量、泊松比和密度等对水力劈裂发生可能性的影响。 作为应用实例,对在建云南糯扎渡堆石坝心墙的抗水力劈裂性能进行了计算分析,讨论了其发生水力劈裂需要具备的裂缝条件和库水位的关系。计算分析表明,目前的设计是合理的,只要能够确保施工质量,心墙的抗水力劈裂性能应该是有保证的。
【学位授予单位】:河海大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TV313

知网文化
【引证文献】
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 朱俊高;翁厚洋;王俊杰;;土石坝心墙水力劈裂分析[A];第一届中国水利水电岩土力学与工程学术讨论会论文集(上册)[C];2006年
2 侯瑜京;徐泽平;梁建辉;邵宇;张延亿;;心墙堆石坝水力劈裂离心模型试验研究初探[A];中国水利学会2007学术年会物理模拟技术在岩土工程中的应用分会场论文集[C];2007年
3 王俊杰;朱俊高;;土体水力劈裂计算理论综述[A];第二届全国岩土与工程学术大会论文集(下册)[C];2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 华国斌;基于断裂力学的粘土边坡稳定性分析[D];河海大学;2007年
2 曹建建;粘性土水力劈裂全过程数值模拟及影响因素研究[D];河海大学;2006年
3 魏瑞;压实粘土拉伸特性试验研究[D];清华大学;2007年
4 石健兵;高心墙堆石坝高塑性粘土区域的影响分析[D];大连理工大学;2008年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周苏波,王向东,徐道远;混凝土断裂韧度 K_(ⅠC) 尺寸效应极限值的讨论[J];大连理工大学学报;1997年S1期
2 丁生根,侯景鹏,卢喜经;混凝土疲劳断裂机理及其尺寸效应[J];东北电力学院学报;2001年03期
3 王辉,顾利忠;电导式液位变送器的设计[J];传感器技术;2004年06期
4 王俊杰,朱俊高,魏松;刚性挡土墙被动土压力的计算及影响分析[J];哈尔滨工业大学学报;2004年11期
5 杨庆生,杨卫;断裂过程的有限元模拟[J];计算力学学报;1997年04期
6 朱万成,唐春安,赵启林,卓家寿;混凝土断裂过程的力学模型与数值模拟[J];力学进展;2002年04期
7 沈珠江,易进栋,左元明;土坝水力劈裂的离心模型试验及其分析[J];水利学报;1994年09期
8 丁金粟,刁玉椿,孙亚平;击实粘性土断裂韧度性质研究[J];水利学报;1990年07期
9 左晓宝;高强混凝土压剪构件的开裂强度分析[J];南京理工大学学报;2000年05期
10 胥建群,曹祖庆;疲劳短裂纹的试验和理论标定方法[J];汽轮机技术;1994年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李扬,高日,晏景通;自重对索网结构找形的影响[J];四川建筑科学研究;2003年02期
2 段凯,杨新华,杨文兵;用ANSYS软件计算桥梁结构的温度应力[J];四川建筑科学研究;2005年03期
3 马明江;某泵站边坡土质特性研究[J];四川建筑科学研究;2005年03期
4 黄怡;王元清;石永久;;框架—支撑钢结构抗震性能的有限元分析[J];四川建筑科学研究;2005年06期
5 陈辉;袁海庆;李盛;刘文龙;高翔;;温度作用对钢筒仓结构影响的有限元分析[J];四川建筑科学研究;2006年06期
6 刘剑锋;框架结构动静响应组合的有限元分析[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2004年05期
7 陶太江,王志建;粘土变形的弹性非线性K~G模型试验研究[J];安徽建筑工业学院学报;1996年01期
8 钱建辉,宋新江;膨胀土湿化变形特性的试验研究[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2003年01期
9 姚燕明,周顺华,孙巍,陈绪禄;支撑刚度及预加轴力对基坑变形和内力的影响[J];地下空间;2003年04期
10 姚燕明,周顺华,孙巍,陈绪禄;坑底加固对平行换乘车站基坑变形影响的计算分析[J];地下空间;2004年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 苏彬;许超;Gouri S. Bhuyan;;不同裂纹对全尺寸铝合金压力容器断裂性能的影响[A];疲劳与断裂2000——第十届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2000年
2 江晓玲;;采用通用有限元程序计算船体板架稳定性的分析研究[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年
3 李晓丽;绪梅;符天保;;核爆探头受冲击波作用的数值模拟[A];第十三届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集(下册)[C];2006年
4 王立久;王文亮;曹明莉;;混凝土结构模型研究综述[A];高性能混凝土的研究与应用——第五届全国高性能混凝土学术交流会论文[C];2004年
5 杨橙;;现代设计方法在专用汽车开发中的应用[A];福建省科协第四届学术年会提升福建制造业竞争力的战略思考专题学术年会论文集[C];2004年
6 葛家琪;杨霄;张玲;王树;管志忠;;河南艺术中心艺术墙稳定承载力分析研究[A];中国钢结构协会四届四次理事会暨2006年全国钢结构学术年会论文集[C];2006年
7 肖飞;徐郁峰;;斜拉桥温度效应分析及其不利影响的消除[A];广东省公路学会桥梁工程专业委员会学术交流论文集[C];2004年
8 黄淑娟;;小型复杂结构单元化离散方法探讨[A];先进制造技术论坛暨第二届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2003年
9 郭建生;胡吉全;;板壳单元模型中非均匀载荷的处理方法探讨[A];湖北省机械工程学会机械设计与传动专业委员会第十五届学术年会论文集(二)[C];2007年
10 陈建涛;熊红彦;赵亚军;;力学数值建模过程[A];第十三届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 许成顺;复杂应力条件下饱和砂土剪切特性及本构模型的试验研究[D];大连理工大学;2006年
2 冷艺;饱和砂土单调剪切特性与循环体变规律的试验研究[D];大连理工大学;2008年
3 柴军瑞;大坝及其周围地质体中渗流与应力场耦合分析[D];西安理工大学;2000年
4 胡再强;黄土结构性模型及黄土渠道的浸水变形试验与数值分析[D];西安理工大学;2000年
5 史宏彦;无粘性土的应力矢量本构模型[D];西安理工大学;2000年
6 焦明若;孕震过程的数学物理模拟及其在地震预测研究中的应用[D];中国地震局地球物理研究所;2000年
7 唐诗佳;脆性断层构造的三维几何模型研究[D];中南大学;2000年
8 刘光磊;孤齿锥齿轮传动动态接触特性研究[D];西北工业大学;2000年
9 田荣;连续与非连续变形分析的有限覆盖无单元方法及其应用研究[D];大连理工大学;2000年
10 袁群;老化病害混凝土结构质量评估及粘结加固中的基础问题研究[D];大连理工大学;2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 韦大仕;“红层”软岩地基承载力确定方法的研究[D];中南大学;2005年
2 肖建清;混凝土准动态力学性能的实验研究与数值模拟[D];中南大学;2005年
3 刘兴华;土的各向异性对路基变形影响有限元分析[D];同济大学;2008年
4 张辉;堆石坝心墙水力劈裂试验与数值模拟研究[D];河海大学;2005年
5 张振宇;三维广义有限元法及其在混凝土结构开裂分析中的应用[D];河海大学;2005年
6 杨旭东;多年冻土地区路基变形特性研究[D];长安大学;1999年
7 何玉怀;Ni_3Al合金热/机械疲劳裂纹扩展行为的研究[D];北京航空材料研究院;2000年
8 刘秀峰;锚喷网支护在基坑中运用时喷层、锚杆和土体力学性质间协同作用研究[D];辽宁工程技术大学;2000年
9 安孟康;库岸边坡地下水渗流特征及其成灾规律的研究-贡川滑坡地下水渗流模拟和稳定性分析[D];铁道部科学研究院;2000年
10 熊建珍;落锤动刚度仪的仿真计算分析及试验研究[D];铁道部科学研究院;2000年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴子树,张利民,胡定;土拱的形成机理及存在条件的探讨[J];四川大学学报(工程科学版);1995年02期
2 章定文;刘松玉;;土体中水力劈裂研究进展[J];水利水运工程学报;2006年02期
3 张利民,胡定;瀑布沟高土石坝离心模型试验研究[J];水利学报;1990年09期
4 周健,张刚;管涌现象研究的进展与展望[J];地下空间;2004年04期
5 胡展飞,张刚,周健;软土基坑突水基底变形研究[J];地下空间;2005年04期
6 翁其能;袁勇;杜国平;杜小平;;双连拱隧道开挖整体性态三维数值仿真分析[J];地下空间;2006年01期
7 姜德民,徐三元,张友权;彩色透水性混凝土路面砖的研制[J];北方工业大学学报;2004年03期
8 王向东,徐道远,朱为玄;混凝土结构的损伤模型及损伤场分析[J];北方交通大学学报;2003年01期
9 陈黎敏;智能传感器的数据处理方法[J];传感器技术;2004年05期
10 王理芬 ,曹敦履;荆江大堤堤基管涌破坏[J];长江科学院院报;1991年02期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 周红星;曹洪;叶锋;;北江大堤石角段8+750~11+316渗流场分析研究[A];水工渗流研究与应用进展——第五届全国水利工程渗流学术研讨会论文集[C];2006年
2 蔡志洲;;中国公路景观文化及实例分析[A];生态环保公路现场技术交流会资料汇编[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 王建秀;腐蚀损伤岩体中的水化—水力损伤及其在隧道工程中的应用研究[D];西南交通大学;2002年
2 张苑竹;混凝土结构耐久性检测、评定及优化设计方法[D];浙江大学;2003年
3 冯新;土木工程中结构识别方法的研究[D];大连理工大学;2002年
4 谢全敏;滑坡灾害风险评价及其治理决策方法研究[D];武汉理工大学;2004年
5 杜应吉;地铁工程混凝土耐久性研究与寿命预测[D];河海大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 何敏;西安市黑河心墙土石坝安全监测资料分析与稳定性评价研究[D];西安理工大学;2007年
2 谭继文;宽级配砾质土在土石坝心墙防渗中的应用与研究[D];大连理工大学;2002年
3 黎军锋;病险库大坝加固理论及技术研究[D];河海大学;2002年
4 龙文;黑河土石坝应力变形特性研究[D];西安理工大学;2003年
5 张辉;堆石坝心墙水力劈裂试验与数值模拟研究[D];河海大学;2005年
6 任海霞;重庆市生态公路路域环境生态恢复技术研究[D];重庆大学;2005年
7 王平;优化设计中有限元计算网格的最优剖分[D];吉林大学;2007年
8 许莹莹;土石坝地基混凝土防渗墙应力变形数值模拟研究[D];河海大学;2007年
9 孙德胜;高心墙堆石坝坝料分区优化研究[D];大连理工大学;2007年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 朱元林,吴紫汪,何平,马巍;我国冻土力学研究新进展及展望[J];冰川冻土;1995年S1期
2 黄明利,唐春安,朱万成;岩石单轴压缩下破坏失稳过程SEM即时研究[J];东北大学学报(自然科学版);1999年04期
3 李洪升,杨海天,刘增利;冻土与界面断裂韧度KⅡC的实验研究[J];大连理工大学学报;1997年01期
4 吴智敏,宋玉普,赵国藩,黄承逵,董超;疲劳荷载作用下混凝土裂缝扩展过程[J];大连理工大学学报;1997年S1期
5 梁承姬,李洪升,刘增利,孙秀堂,朱元林;激光散斑法对冻土微裂纹形貌和发展过程的研究[J];大连理工大学学报;1998年02期
6 汤连生,王思敬;水—岩化学作用对岩体变形破坏力学效应研究进展[J];地球科学进展;1999年05期
7 唐春安,傅宇方,朱万成;界面性质对颗粒增强复合材料破坏模式影响的数值模拟分析[J];复合材料学报;1999年04期
8 李银平,王元汉;压荷载下类岩石材料中的锯齿形裂纹分析[J];固体力学学报;2003年04期
9 高峰,谢和平;脆性材料的分形统计强度理论[J];固体力学学报;1996年03期
10 朱维申,陈卫忠,申晋;雁形裂纹扩展的模型试验及断裂力学机制研究[J];固体力学学报;1998年04期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 李宁;张平;陈蕴生;;裂隙岩体试验研究进展与思考[A];岩石力学新进展与西部开发中的岩土工程问题——中国岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集[C];2002年
2 张丙印;于玉贞;张建民;;高土石坝的若干关键技术问题[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集(上册)[C];2003年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 江晓益;孙伯永;陈星;;病险土石坝水力劈裂现象的注水试验研究[J];中国农村水利水电;2010年06期
2 徐力波;土石坝水力劈裂破坏的防范[J];华北水利水电学院学报;1994年02期
3 殷宗泽;朱俊高;袁俊平;张坤勇;;心墙堆石坝的水力劈裂分析[J];水利学报;2006年11期
4 周仲孟;;英国土石坝的长期监测[J];水电自动化与大坝监测;1984年01期
5 张帅;;土石坝裂缝成因及处理方法[J];科技风;2010年04期
6 蒋国澄;坝工土力学的主要进展[J];水利学报;1985年05期
7 李全明;张丙印;于玉贞;王建国;;土石坝水力劈裂发生过程的有限元数值模拟[J];岩土工程学报;2007年02期
8 宋春山,郭浩,孙为民,栾杰;土石坝的裂缝控制[J];黑龙江水利科技;2003年01期
9 毕庆涛;王平易;;不同蓄水方案对高土石坝应力变形的影响[J];人民黄河;2009年07期
10 戴道能;土石坝病害机理探讨[J];湖南水利水电;1998年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 朱俊高;翁厚洋;王俊杰;;土石坝心墙水力劈裂分析[A];第一届中国水利水电岩土力学与工程学术讨论会论文集(上册)[C];2006年
2 张继宝;陈五一;李永红;吴晓铭;朱俊高;;双江口土石坝心墙拱效应分析[A];第二届中国水利水电岩土力学与工程学术讨论会论文集(一)[C];2008年
3 张坤勇;周治刚;;高心墙堆石坝静力三维有限元应力变形分析[A];第二届全国岩土与工程学术大会论文集(上册)[C];2006年
4 王新奇;李治明;代巧技;;关于土石坝边坡的稳定安全系数标准问题[A];土石坝与岩土力学技术研讨会论文集[C];2001年
5 顾淦臣;;复合土工膜土石坝的设计[A];中国水利学会2001学术年会论文集[C];2001年
6 宗志坚;李海河;刘强中;;小浪底水利枢纽土石坝安全监测自动化及运用[A];土石坝与岩土力学技术研讨会论文集[C];2001年
7 郦能惠;李国英;蔡飞;赵魁芝;;土石坝原型观测资料的统计分析[A];土石坝与岩土力学技术研讨会论文集[C];2001年
8 李万红;;NONE——一个土石坝非线性有效应力动力分析程序[A];中国地震学会第四次学术大会论文摘要集[C];1992年
9 吴银龙;;组件式GIS二次开发在土石坝安全监测中的应用[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第一卷)[C];2010年
10 王钟宁;谢小平;刘启旺;洪镝;王洪训;刘小生;赵继成;潘文学;;小型载荷试验(K_(30))法检测土石坝坝料填筑质量[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集(上册)[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 水利部大坝安全管理中心 李君纯 盛金保;国外土石坝应对强地震的经验[N];中国水利报;2008年
2 ;土石坝渗漏控制技术[N];中国水利报;2008年
3 中国产业用纺织品协会;几大功能诠释涤纶无纺布[N];中国纺织报;2005年
4 孙胜;丹江口大坝加高工程全面进入高峰期[N];中华建筑报;2007年
5 曹俊启;丹江口大坝加高实现开门红[N];中国水利报;2007年
6 中国水利学会水利管理专业委员会水利部大坝安全管理中心;大坝安全监测技术发展迅猛(下)[N];中国水利报;2003年
7 记者 刘艳飞;震后需详查震区所有大坝[N];中国水利报;2008年
8 本报记者 郭纯;技术攻关收获三大成果[N];中国水利报;2009年
9 郑冬梅;大坝安全监测新内涵[N];中国水利报;2008年
10 耿占军 张亨礼;望都县备汛抓落实[N];保定日报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王俊杰;基于断裂力学的土石坝心墙水力劈裂研究[D];河海大学;2005年
2 唐红侠;水力劈裂条件下裂隙介质水力特性研究[D];河海大学;2005年
3 李宗利;岩体水力劈裂机理研究及其在地下洞室围岩稳定分析中应用[D];河海大学;2005年
4 谢兴华;岩体水力劈裂机理试验及数值模拟研究[D];河海大学;2004年
5 李宗坤;土石坝结构性态安全评价方法研究[D];大连理工大学;2003年
6 田景元;土石坝多点输入地震反应分析及相关方法研究[D];河海大学;2003年
7 周江平;土石坝抗滑稳定性与砂层地基液化的可靠度理论与应用[D];西南交通大学;2004年
8 吴兆营;倾斜入射条件下土石坝最不利地震动输入研究[D];中国地震局工程力学研究所;2007年
9 魏松;粗粒料浸水湿化变形特性试验及其数值模型研究[D];河海大学;2006年
10 王建敏;静水压力环境下混凝土裂缝扩展与双K断裂参数试验研究[D];大连理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 林淀翔;土工膜心墙土石坝设计与施工中若干问题的研究[D];大连理工大学;2002年
2 郑晶星;土石坝原型观测资料分析及实测性态安全评价研究[D];郑州大学;2002年
3 付成华;非均质土石坝稳定—非稳定渗流有限元分析[D];武汉大学;2004年
4 司春棣;遗传算法与神经网络在土石坝安全监测资料分析中的应用研究[D];河北农业大学;2004年
5 孙绪成;青峰岭水库土石坝除险加固技术应用研究[D];中国农业大学;2005年
6 李道田;青峰岭水库土石坝加固技术及加筋砾石料的应力应变特性研究[D];河海大学;2006年
7 陈新强;土石坝心墙结构对土石坝抗震的影响[D];中国地震局工程力学研究所;2009年
8 侯玉成;土石坝健康诊断理论与方法研究[D];河海大学;2005年
9 徐蔚;土石坝渗流监测资料分析方法的研究[D];浙江大学;2005年
10 张士辰;土石坝渗透稳定可靠度分析方法研究[D];南京水利科学研究院;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026