高拱坝动力试验模型气幕隔震的数值模拟及试验研究

基于坝体坝基相互作用和流体-气体-固体耦合理论模型,采用动力有限元时程分析的数值仿真方法,对锦屏一级高拱坝动力试验的模型,进行了气幕隔震的三维数值模拟。基于动力试验模型的相似原理、模型材料的单轴抗压强度试验以及超声波检测,得到了试验模型的基本相似物理参数;保证试验模型的基本动力相似;气室材料采用厚度为1 cm的工程塑料ABS,坝体上游面的左、右两岸直接用聚苯乙烯塑料(简称ABS)拉通覆盖,均匀地分布在坝体上游面,达到整体气室隔震的效果。数值计算及试验结果基本相符,气幕显著降低了上游坝面的动水压力。与无气幕相比,动水压力削减可达70%以上。通过数值计算分析及试验研究相结合的手段,论证了气幕减震蕴含的工程价值。     

粉煤灰坝动力特性试验研究

以某电厂粉煤灰坝的加高、加固工程为研究背景,采用大型液压伺服式振动台作为试验手段,分别对高程为170,180 m和230 m灰坝的模型进行了动力特性试验研究。同时,对采用三种不同灰渣拌合料加高的180 m高程灰坝模型进行了动力特性评价,认为其对灰坝的整体动力特性没有太大的影响。试验结果表明,灰坝的自振频率是随着激振加速度的增大和坝体的加高而降低的;坝顶加速度放大倍率也随激振加速度的增大而降低;两者在有干滩工况下普遍大于无干滩工况。     

水泥石膏相似材料配比试验研究

采用水泥石膏相似材料制作标准试件模型,应用正交试验设计方法,以砂胶比、水泥石膏比、重晶石/骨料为3个因素,每个因素设置5个水平,设计了25组材料配比试验,进行了称重、单轴压缩、劈裂试验,获得了不同配比相似材料的密度、抗压强度、抗拉强度等物理力学性质指标。试验结果表明:不同配比的相似材料物理力学指标分布的范围较大,能够满足不同性质岩体模型试验对岩体相似材料的要求。基于MATLAB计算软件编制了用于正交试验设计和回归分析的软件,得到由水泥石膏相似材料密度、抗压强度和抗拉强度指标推算材料配比的经验公式。在以后的水泥石膏相似材料配比试验中可以用上述经验方程根据欲得到的材料物理力学指标进行配比设计。     

桩基动力特性试验研究与应用

针对新颁国家标准,采用改进的测试技术,对桩基动力特性进行试验研究,取得不同类型基础所相应的测试方法,桩基动力特性参数主要影响因素等方面的结论。     

基于正交设计的岩石相似材料配比研究及底摩擦物理模型试验应用

在铁精砂胶材料基础上,加入黏土作为增塑剂,应用正交设计法,以黏土/(骨料+黏土)、(铁粉+重晶石粉)/骨料、铁粉/(铁粉+重晶石粉)及石膏/混合料为4个因素,每个因素设置5个水平,共25组材料配比方案,开展相关试验测定了各组材料的密度、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角及黏聚力等参数指标,并研究了参数与影响因素之间的变化规律。基于上述分析,配制了两种不同岩石相似材料,并开展了相关底摩擦模型试验。研究结果表明:(1)根据配比方案所配制的相似材料物理力学参数分布范围广,可满足不同岩性相似材料的配制需求;(2)各个因素对相似材料物理力学参数影响效果规律性强,便于通过调节配比模拟不同岩石材料;(3)应用配比方案对两种岩性差异较大的岩石相似材料进行配制,其物理力学参数与原岩具有较高的吻合度;(4)基于所配相似材料开展的反倾边坡底摩擦模型试验具有很好的试验效果。     

不同级配粗颗粒材料动力特性试验研究

级配是粗颗粒材料最基本特征,根据大量试验结果和长期积累的试验经验,总结出了试验级配缩制的具体原则,并基于粗颗粒材料中小于等于5 mm粒径含量变化,分析了级配优劣对其充填关系的影响,级配越优,粗颗粒材料的充填关系越好,粗颗粒材料能达到较大的干密度,反之则越差,粗颗粒材料也难以获得较大的干密度。级配的优劣对堆石料动力特性的影响在低围压状态下并不明显,随着围压的升高,级配优的堆石料动力特性指标明显变优;砂砾料由于颗粒浑圆度较好,级配的优劣对其动力特性的影响逐渐减弱。针对上述级配对粗颗粒材料动力特性的影响规律,对于高土石坝来说有必要采用级配优的粗颗粒材料作为坝体的填筑料,通过其在高应力条件下力学性能的优势来控制坝体整体变形和提高其抗震性能。     

动力触探杆长修正系数试验研究

动力触探是一种应用广泛的原位测试技术,其动探杆长最大可达到上百米,在实际应用中需要进行杆长修正,目前规范中关于动力触探杆长修正问题,给出了以牛顿弹性碰撞理论和弹性杆波动理论为基础的两种修正方法,依据两种理论得出的修正系数是截然不同的。动力触探试验成果应该如何进行杆长修正,是限制该方法应用的重大问题。针对动力触探杆长修正问题,提出了室内模型试验,并依据砂砾石和均质砂两种地基土进行不同杆长的重型动力触探模型试验,杆长分别为2.0、8.9、16.4、23.4、30.0、36.0 m。通过试验,得到重型动力触探杆长修正系数。分析认为,重型动力触探杆长修正规律符合牛顿弹性碰撞理论,且与地基土材料特性无关。     

格栅加筋路堤离心模型试验的模型材料选择

离心模型试验的结果能否反应实际工程情况,决定于模型与原型的相似程度,所以设计模型时必须按一定的相似原则来选择模型材料。由于受结构物尺寸的限制,并不能保证模型和原型所有的参数都相似,故需抓住关键变量,确定最优模拟参数。通过理论分析,系统论述了软土地基上格栅加筋路堤离心模型试验中所涉及的土工格栅、塑料排水板、地基、路堤、砂垫层等模型材料的选择原则。     

动力学相似材料配比试验研究

地质力学模型试验是一种形象、直观的岩体物理力学性质研究方法, 被广泛地应用于国内外岩土工程界。在地质力学模型试验中, 如何快速、准确地选择材料的配比是成功模拟原型的关键。随着动力学模型在地质力学模型试验中的应用越来越广泛, 对相似材料配比的研究也应从静力学方法向动力学方法转变。相似材料由骨料与胶结物混合而成, 两者的含量变化是影响相似材料性质的重要参数。本文选择以河砂为骨料, 石膏和水泥为胶结物, 采用弹性波速测量和单轴抗压试验的方法, 研究了不同配比条件下材料的物理、力学性质的变化规律。实验结果表明:单独以水泥或石膏作为胶结物时, 在骨料与胶结物总量不变的情况下, 试件的质量及动、静弹性模量随砂胶比的增大呈先增大后减小的变化; 以水泥和石膏混合作为胶结物时, 在砂胶比与胶结物总量不变的情况, 试件的动、静弹性模量随石膏和水泥用量比的增加呈先减小后增大的变化。     

红层软岩模型试验相似材料的配比试验研究

相似模型试验是研究红层软岩工程性质的重要手段之一,其试验结果的可靠性依赖于相似材料的正确选择与合理配比。针对红层软岩遇水极易软化的特性,在传统相似材料配比基础上添加生石灰,采用正交设计方法开展了相似材料配比试验,以骨料中铁粉与钡粉质量比例、铁粉与钡粉总质量中铁粉的质量比例、石膏质量、生石灰质量为4个因素,每个因素设置了5个取值水平,共制作25组、610个试样。每组试样均测试了其软化系数、密度、无侧限单轴抗压强度、抗拉强度及黏聚力与内摩擦角等物理力学参数,并研究了这些参数随上述4个因素取值水平的不同而变化的规律。最后,基于上述结果,配制了3种典型的软岩相似材料,并分别开展了真实软岩材料的饱水软化平行对比试验。研究结果表明：（1）根据配比方案所配相似材料物理力学参数可基本满足软岩相似模型试验的要求;（2）相似材料物理力学参数变化规律明显,便于通过调节其配比模拟不同软岩材料;（3）三组对比试验中相似材料饱水软化系数与真实软岩具有较高吻合度。     

尾矿料的动力特性试验研究

通过对某铜矿的尾矿料进行动三轴和共振柱试验,研究了尾矿材料动力变形特性,提出了简单实用的孔隙水压力模型,给出了能更加准确地预测尾矿材料的动孔隙水压力的公式,并将其与Seed提出的预测公式进行了比较。在不同密度尾矿料的动三轴试验基础上,分析了相对密度对液化特性的影响,得出了相对密度小于70 %时抗液化强度随相对密度的增加而明显增加的结论。在不同围压下进行动三轴试验,结果表明：在相同的液化振次条件下,围压越高,动剪应力比越低。由共振柱试验可知,尾矿料的阻尼比随着动剪应变幅的增大而增大,而动剪模量随动剪应变幅的增大而减小,动剪模量和阻尼比与动剪应变幅的关系受围压影响不太敏感。     

碾压混凝土高拱坝坝肩稳定及坝体开裂静动力分析

强震区高拱坝抗震问题的研究十分重要,高拱坝静力稳定研究和极限抗震能力复核,是确保地震后不发生库水失控下泄的关键课题之一。采用物理模型试验与数值计算的方法,根据汶川震后新核定参数,并考虑降强因素的影响,对沙牌碾压混凝土拱坝进行静动力分析和复核。通过三维地质力学模型综合法静力破坏试验,研究拱坝坝肩在正常荷载作用下的稳定安全性,得到沙牌拱坝坝肩综合稳定安全系数为3.76,建议对两坝肩开裂较严重区域进行加固处理。在此基础上,基于反应谱理论进行三维有限元动力分析,将应力成果导入开发程序由Drucker-Prager（D-P）和Mohr-Coulomb（M-C）准则对加固后的沙牌拱坝进行动力复核计算,并研究大坝的开裂情况和极限抗震能力,计算结果表明,沙牌拱坝的整体抗震稳定性能良好,仅在万年一遇地震工况下发生坝肩浅表层失稳。研究成果表明,沙牌拱坝坝肩稳定性较高、坝肩加固效果良好,从而在“5.12”汶川地震中表现出超强的整体稳定性和抗震能力,其全面开展的研究工作和采取的工程措施可供国内强震区同类型拱坝工程建设及运行借鉴和参考。     

基于土石坝动力特性的坝料动力参数反演

采用现行的室内外试验方法确定的土石料动力参数与实际坝料的动力参数有何差异是人们关心的问题之一。提出了基于土石坝动力特性的坝料动力参数反演方法,并使用该方法反演了一个假想混凝土面板堆石坝的坝料动力参数,证明该方法是可行的,计算精度基本满足实际工程要求。利用紫坪铺面板堆石坝在汶川地震中的余震加速度响应信息,反演了坝料的最大动剪切模量系数K和指数n。结果表明,由室内动三轴试验得到的坝料最大动剪切模量系数K值偏小,建议进一步研究予以修正。     

拱坝坝肩岩体动力稳定性分析研究方法简述

高拱坝坝肩岩体动力稳定性分析是高拱坝抗震研究的主要内容之一。从高拱坝的抗震设防标准及动力稳定安全判定准则、坝肩岩体的结构和动力特性、坝肩岩体动力稳定性分析的刚体极限平衡法、离散元法、刚体弹簧元法、拉格朗日不连续变形分析方法、数值流形方法、随机理论与方法等方面对高拱坝坝肩岩体动力稳定性分析的理论和方法进行系统的归纳和总结,并介绍了各方面的最新进展。可以看出,为满足高拱坝建设实践的需要,应对高拱坝坝肩岩体动力稳定性分析的理论和方法进行更深入的研究。     

面板堆石坝筑坝材料动力特性试验研究

某抽水蓄能电站上水库主坝为沥青混凝土面板堆石坝,坝址区地形地质条件复杂且处于强震区,需研究其坝体和坝基料的动力特性。采用清华大学大型高压多功能静动三轴试验机,对坝基和主要坝体材料进行了动弹性模量与阻尼比试验和动残余变形试验。试验结果表明,与普通堆石料相比,软岩次堆石料和覆盖层料的动弹性模量较低且变形较大,但其动应力应变关系与动变形特性同样可以分别用修正的黏弹性动本构模型和残余变形经验公式进行描述。此外,根据动力试验结果初步论证了利用软岩和直接在覆盖层上筑坝的可行性。     

某土石坝心墙料和坝基料动模量阻尼特性的试验研究

土石坝震害将导致严重后果,目前国内外修筑于地震区的土石坝在抗震设计时都进行了动力分析。室内动力试验提供土石料可靠的动强度和动力参数是土石坝地震动力分析准确性的关键。水牛家心墙土石坝坝高100多米,大坝设防烈度9度,采用动三轴仪,对其坝基②层细砂砾料和心墙防渗土料进行大量的动力特性试验研究,分析两种土料的动模量阻尼特性,并简述其影响因素。分析试验结果有：使用一个试样完成三个不同的围压力?3c或固结比Kc,与《土工试验规程》推荐方法相比,大大减小了试验和分析工作量, 且有相当的规律性和准确程度;动模量阻尼比的主要影响因素是动应变幅、围压力、固结主应力比、孔隙比等。动应变水平影响动模量阻尼成倍增减,动模量随围压力?3c增减而增减,阻尼比D随?3c的升高而略有减小,动模量和阻尼比随固结比Kc增减而增减,Kc从1到2可使心墙土料的Edmax增加60％左右;土类不同,模量阻尼也不尽相同。水牛家心墙料的动模量较高,阻尼比较小,不易产生动力破坏。     

高心墙堆石坝地震变形与稳定分析

针对西部强震区一300m级高心墙堆石坝,采用三维非线性有效应力动力有限元分析方法,在地震反应分析基础上,应用所建立的分析方法,重点研究了高心墙堆石坝的地震残余变形、坝体单元抗震安全性和坝坡的抗震稳定性,得出了大坝地震残余变形和动力稳定的有关规律和结论,可供工程建设参考.