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《西安理工大学》 2005年
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沙坡头坝基软岩的力学特性分析与蠕变过程数值模拟

赖新芳  
【摘要】:黄河沙坡头水利枢纽工程的坝基岩体主要为泥岩、页岩等软岩,具有遇水软化、膨胀,力学强度低,流变性显著等特点。坝址区岩体裂隙发育,完整性差,具有不良工程地质条件,很容易造成坝基的不均匀沉降和抗滑失稳,这些都对工程建设和大坝工后的长期稳定性带来很大的问题。因此开展坝基软岩的力学特性与蠕变分析研究是十分必要的。 首先,本文对沙坡头坝基软岩的物理力学特性进行了详细的分析。然后,在综合研究流变力学特性和流变本构模型的基础上,提出了适合沙坡头工程的蠕变本构方程,并且利用反分析方法确定了该方程中各个参数的取值。最后,本文借助大型商业软件ANSYS 6.1建立了三维有限元数值模型,对坝基分别进行了弹一塑性、流变特性以及抗滑稳定性有限元分析。得到的主要结论如下: (1) 各种软岩,甚至同一种岩性的软岩,其工程性质差别很大。因此,当其做为坝基时,一定要先研究其分布特点和基本的物理力学性质。在此基础上再进行其它方面的工作。 (2) 采用与具体工程相适应的流变模型才能较真实准确地反映该工程软岩的性质。而且,数值分析只能模拟蠕变变形的前两个阶段,迄今为止,人们对蠕变第三阶段的分析较少。 (3) 本文计算所得的竖向应力符合自重应力场的分布规律,即在靠近地表面处的应力较小,随着深度的增加应力逐渐增大,与σ_y=γH的规律大致相符;计算所得的回弹和沉降变形规律与坝基的实际变形规律一致,可用于工程设计; 西安理工大学硕士学位论文 (4)随着蠕变变形的发展,坝基应力不断进行重分布,而且在上下游坝基的上 部存在垂向应力随时间逐渐减小的区域;由蠕变产生的总的垂向位移不大,在安全 范围内,因此蠕变位移不会影响大坝的使用安全; (5)经计算坝基的应力水平,可以看出坝基会朝着不断稳定的方向发展,因此 蠕变的发展不会造成坝基的抗滑失稳。 关键词:软岩,蠕变,抗滑稳定,不均匀沉降
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