高土石壩心牆摻礫土料的動力破壞標準研究

《高土石壩心牆摻礫土料的動力破壞標準研究》是依託大連理工大學,由遲世春擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高土石壩心牆摻礫土料的動力破壞標準研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：遲世春

項目摘要

強震時，高土石壩頂部易出現心牆動強度不足問題。解決這一問題的有效方法是頂部心牆也採用摻礫土料。摻礫提高了心牆料的動強度，改善了心牆靜應力狀態，減少了其發生水力劈裂的可能性，也有阻止裂縫發展和便於施工等優點。但心牆摻礫提高了心牆分擔地震剪應力的比例，降低了心牆適應變形的能力，增加了工程投資。目前由於心牆摻礫土料的動強度研究很少，特別是黏土握裹礫石結構的土體動力破壞機理分析嚴重滯後,導致實際工程中心牆頂部是否摻礫較難決策。本課題擬採用最新研製的可控圍壓粗粒土大型單剪儀，進行心牆摻礫土料的動強度試驗，研究其大應變滯迴圈的表達方式、能量耗散及增量耗散函式。然後基於熱力學基本定律，討論心牆摻礫土料的大應變變形與破壞機理，提出心牆摻礫土料的動力破壞閾值標準。該課題對推動土體動力破壞標準研究有重要意義，在土石壩抗震及公路工程中有廣泛的套用前景。

結題摘要

強震時，高土石壩頂部易出現心牆動強度不足問題。解決這一問題的有效方法是頂部心牆也採用摻礫土料。摻礫提高了心牆料的動強度，改善了心牆靜應力狀態，減少了其發生水力劈裂的可能性，也有阻止裂縫發展和便於施工等優點。但心牆摻礫提高了心牆分擔地震剪應力的比例，降低了心牆適應變形的能力，增加了工程投資。因此，頂部心牆是否摻礫及摻礫比例較難把握。 研究中比較了不同礫石含量土料的壓實密度、滲透性能、壓縮特性、抗剪強度及應力應變等工程特性。認為高心牆堆石壩土料合適的礫石含量範圍宜為30%～40%，極限摻礫量不超過50%，摻礫量在20%以下效果不明顯。 為了探究摻礫心牆土料的動力特性，對其分別進行靜力和動力的三軸試驗，研究了不同固結比、不同摻礫比例、不同循環應力比對摻礫土動強度特性的影響。試驗結果表明: 動強度隨固結應力比的增大先升高再降低，增大摻礫比例在一定程度上可以提高動強度，隨著循環應力比增大動應變隨振次增大速率變大且轉折點較早出現。 運用統計方法，給出了堆石料動剪模量比衰減及阻尼比增長的平均曲線表達式。建立了反映築壩土石料非線性和滯回性的變參數Ramberg-Osgood模型，討論了模型參數及參考剪應變的計算方法。推導了堆石料的增量耗散函式表達式，在熱力學基本定律的框架下，研究了堆石料的屈服函式，討論了其動力變形機理和第2閾值應變。對進一步認識築壩土石料動應力變形特性有重要意義。 Bouc-Wen模型可以模擬大應變時土體的強度和剛度退化特性。研究中討論了大應變水平下阻尼調整的Bouc-Wen退化模型，分析了模型中各參數的物理意義及其對滯迴圈的影響，探討了Bouc-Wen土體動力模型的適用條件，採用遺傳算法對Bouc-Wen土體動力模型的參數進行了辨識。構造了基於Bouc-Wen模型的耗散增量函式，結合某心牆壩工程，分析了屈服曲線的發展形態，研究了土體動力耗散特徵及動力變形機理。最後基於摻礫土及反濾料動三軸循環試驗，研究了Bouc-Wen模型在應力控制條件下考慮土體累積變形的動力特性等。