先期振動條件下堆石料動變形特性與破壞機理研究

《先期振動條件下堆石料動變形特性與破壞機理研究》是依託河海大學，由楊貴擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：先期振動條件下堆石料動變形特性與破壞機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊貴
• 依託單位：河海大學

項目摘要

我國西部地區正在規劃建設一批高土石壩，該地區地震強度和發震頻度都很高。已建和擬建土石壩在其生命周期內都有遭遇多次地震的可能性，如何評價土石壩尤其是高土石壩在經歷一次或多次地震以後的抗震性能，是一個值得研究的科學問題。堆石料是土石壩的重要構成材料，了解其強度和變形特徵是解決該科學問題的重要方法。本項目針對該難題，採用大型靜動三軸試驗系統和大型振動台模型試驗系統開展先期振動對堆石料動力特性影響的試驗研究，分析不同先期振動條件下，堆石料動力變形特性的變化規律，通過試驗過程中堆石料顆粒破碎的測量，結合細觀數值模擬分析，從細觀角度揭示堆石料動力變形特性變化的機理。基於堆石料三維統一破壞準則，結合臨界狀態理論、邊界面理論、自適應理論等，建立先期振動影響的動力本構模型，構建先期振動影響的土石壩動力回響分析方法。研究成果對高土石壩抗震設計與安全評估具有重要的理論意義和工程實用價值。

結題摘要

在建和擬建的高土石壩大多位於我國西部地區，該地區地震強度和發震頻率高，大壩在生命周期內經受多次地震的可能性較大，一旦發生事故其後果將是災難性的。基於此開展相關研究，為經歷先期振動後的土石壩震後評估和加固提供依據。開展了堆石料受先期振動影響的靜動力變形特性研究。結果表明，經歷先期振動後，堆石料的靜力強度基本保持不變，體積應變隨著循環振次的增大而減小；再次經歷相同的振動時，其軸向應變和體積應變降幅超過80%，且軸向應變降幅大於體積應變降幅；應變降幅的大小不僅與先期振動周數有關，還與堆石級配、相對密度和振動頻率有關；與不均勻係數和相對密度呈線性關係；其抗變形能力的提高的主要是循環荷載下堆石料顆粒排列方式發生了變化，而不是顆粒破碎和密實度的變化。建立了考慮顆粒破碎的細觀數值分析模型，開展了循環荷載下堆石料顆粒破碎數值模擬研究，研究表明：試樣在豎向應力相等的條件下，隨著固結應力比的增大，顆粒破碎率越大；在相同應力作用下，靜力載入比動力載入時引起的顆粒破碎明顯。一個循環荷載載入周期內，顆粒破碎率過程可以劃分為3個區，即隨著循環荷載的施加，顆粒破碎率先緩慢增加，在急劇增加後趨於平緩。隨著循環周次的增加，試樣內部的拉、壓顆粒破碎率的變化規律基本一致，先增加，後趨於穩定。在前幾個振動次數時，顆粒破碎比較嚴重，隨著振次的增加，顆粒破碎現象趨於平緩；堆石料的殘餘剪應變和殘餘體應變的變化規律與顆粒破碎隨著振動次數變化的規律基本一致。堆石料的級配越好，母岩強度越大，其受先期振動的影響越小。開展了混凝土堆石組合壩模型試驗，揭示了不同振動峰值加速度下壩體的變形和破壞規律。建立了能夠考慮堆石料相對密度和顆粒破碎的臨界狀態變數和本構模型。建立了能夠反映堆石料先期振動影響的動力分析方法，開展了紫坪鋪面板堆石壩震後安全穩定性評估研究。研究成果對高土石壩抗震設計與震後安全評估具有重要的理論意義和工程套用價值。