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土石坝粘土心墙固结及破坏影响因素试验研究

赵晓龙  
【摘要】:水力劈裂是土石坝工程中人们最为关注,同时也是最有争议的问题之一。土石坝的水力劈裂破坏往往会导致灾难性的后果。在此背景下,本文从心墙土体的固结变形入手,研究了土石坝心墙变形的影响因素;以达西定律和van Genuchten模型为理论依据,提出了一种非饱和土相对渗透系数的试验-数值分析联合测定法;设计了带裂隙粘土心墙材料的破坏机理试验,对防渗体水力劈裂试验进行了模拟,演示了其存在发生破坏的可能性。本文的成果主要有:(1)通过设计的单向固结试验,分析了荷载、排水条件等因素对非饱和重塑土固结变形的影响。随着荷载的增加,土样固结所需时间增加;相同荷载下,不能排水的土样沉降量明显小于可以自由排水的土样。土样质量达到稳定的时间长于土样固结的时间。非饱和土样孔隙水的散失受环境温度的影响较大,而受荷载的影响较小。(2)以广义达西定律和van Genuchten模型为理论依据,通过简单的蒸发试验和数值分析,获得非饱和状态下土壤的相对渗透系数。模拟结果和试验数据的对比分析表明,该方法得到的非饱和土相对渗透系数具有一定的的可靠性;方法将试验和数值模拟相结合,在有限元反分析模型参数方面具有一定的创新性;试验设备简单,造价低廉,在科研和生产中具有推广价值。(3)通过设计的带裂隙粘土心墙破坏机理试验,探究了多种因素对粘土心墙水力劈裂的影响。试验结果表明,粘土心墙内部初始缺陷的尺寸会对水力劈裂破坏产生重要影响。当初始缺陷尺寸较小时,其缝隙可能会闭合;而尺寸较大时,则可能会成为水流冲击的通道,继而导致防渗体失效而破坏;碎石子对土样能否发生水力劈裂破坏有很大的影响,在大部分情况中,在高水压的作用下土样中的土颗粒会从碎石子的缝隙中流出,使缺陷进一步扩展,并最终导致土样发生水力劈裂破坏,而另一些情况下,防渗体外侧的碎石反滤层可以起到很好的防渗作用;土样的孔隙比会影响其发生破坏所需水压力值的大小。


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