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堆石料残余变形模型研究

杨青坡  
【摘要】:我国土石坝主要建设在地震基本烈度高、地质条件复杂、水资源丰富的西南地区,如果遭受震害将造成巨大损失。已有的资料显示大多数震害都与残余变形有关,因此需要深入研究筑坝堆石料的残余变形特性。如何预测坝体的残余变形已成为土石坝设计中的一个关键问题。 目前国内外众多学者已经在残余变形方面做了大量研究分析工作,主要的方法是通过大量的试验来建立能反映堆石料残余变形特性的计算模型,从而对土石坝进行计算分析。不同残余变形模型考虑的影响因素不同,将导致其计算结果存在一定差异,计算模型不仅要能考虑不同振次、不同围压、不同应力水平等试验条件,而且模型本身必须概念清晰,应用简捷,参数求取方便。 本文在国家自然科学基金“筑坝堆石料的剪胀特性及其对高面板堆石坝静、动力变形的影响研究”(编号:51279025)和“强震时超高面板坝面板破损机理及其抗震对策研究”(编号:51379028)、国家自然科学基金重大研究计划集成项目“高土石坝地震灾变过程模拟与集成研究”(编号:91215301)、地震行业科研专项经费项目(编号:201208013)以及新世纪优秀人才支持计划“高土石坝和核电厂工程抗震”(编号:NCET-2012-12-0083)的资助下,就残余变形模型目前存在的问题进行了研究,主要工作如下: (1)利用大型静、动两用三轴仪,对某拟建高面板堆石坝的筑坝材料进行了大量的动力循环三轴试验,并整理出模型参数,为数值分析提供依据。 (2)分析了堆石料残余变形过程中泊松比的特性,泊松比在初始变化较大,但随着振次或轴向应变的增加泊松比的数值逐渐增大并趋于稳定。根据试验结果整理出泊松比与动应力比、固结比、围压的关系以及其分布范围。整理残余剪应变时不应假定泊松比不变,应根据体变和轴向应变计算残余剪应变和循环剪应变。 (3)整理、统计已有的残余变形模型,针对已有模型存在的问题,提出采用双曲线表述残余应变与振次的关系,分别在残余体应变关系式和残余剪应变关系式中引入平均主应力和固结比,能更好地反映坝体的残余变形特性。 (4)分别采用建议残余变形模型与常用模型进行数值模拟,分析了不同模型之间的差异,进一步验证了本文提出模型的合理性。


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