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堆石料加载与流变过程中塑性应变方向研究

岩土工程学报 2018年第8期40卷 1405-1414页

作者：傅中志陈生水张意江石北啸南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室江苏南京210024

确定塑性应变增量方向是建立土体弹塑性本构模型的核心之一,弹塑性理论中通常假定塑性应变增量方向仅与应力状态有关,与应力增量无关。流变试验是一种应力状态恒定的特殊试验,应力增量为零,所有应变均为塑性变形。研究流变过程中塑性应... 详细信息

确定塑性应变增量方向是建立土体弹塑性本构模型的核心之一,弹塑性理论中通常假定塑性应变增量方向仅与应力状态有关,与应力增量无关。流变试验是一种应力状态恒定的特殊试验,应力增量为零,所有应变均为塑性变形。研究流变过程中塑性应变方向与应力状态的关系及其与加载过程中塑性应变方向的差异,对于建立土体弹塑性本构模型具有重要价值。通过对某抽水蓄能电站筑坝堆石料的大型三轴压缩试验和三轴流变试验,分别研究了加载和流变过程中剪胀比与应力比之间的关系。结果表明,三轴压缩和三轴流变过程中,堆石料的剪胀比均随着应力比的增加而减小,且相同三轴压缩应力状态下,堆石料的流变剪胀比明显大于加载剪胀比,即流变过程中堆石料剪缩性比三轴压缩过程中的剪缩性更为强烈。因此,采用相同的塑性势函数同时确定加载塑性应变方向和流变黏塑性应变方向是不恰当的,建立考虑堆石料流变的弹塑性模型时应该选用不同的应力剪胀方程或塑性势函数。

关键词：堆石料流变弹塑性理论应力剪胀方程

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聚丙烯纤维加筋砾质黏土的拉伸断裂特性研究

岩土力学 2021年第10期42卷 2713-2721页

作者：张志韬陈生水吉恩跃傅中志南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 南京水利科学研究院水利部水库大坝安全重点实验室江苏南京210024

自主研发了一种用于土体拉伸试验的新型拉伸装置,针对不同砾石含量、不同纤维含量的砾质黏土开展了多组拉伸试验。由试验结果发现,砾质黏土的抗拉强度随着砾石含量的增大而降低,在砾质黏土中掺入聚丙烯纤维后,其抗拉强度和极限拉应变明... 详细信息

自主研发了一种用于土体拉伸试验的新型拉伸装置,针对不同砾石含量、不同纤维含量的砾质黏土开展了多组拉伸试验。由试验结果发现,砾质黏土的抗拉强度随着砾石含量的增大而降低,在砾质黏土中掺入聚丙烯纤维后,其抗拉强度和极限拉应变明显增大;纤维加筋砾质黏土的抗拉强度和极限拉应变与其中的纤维含量呈正相关关系,但随着砾质黏土中砾石含量的增大,纤维的掺入对其抗拉强度的提升作用明显降低。电镜扫描分析表明,纤维与土颗粒界面产生的摩擦作用是导致加筋砾质黏土抗拉强度提高的主要原因,砾石含量为0%的纯黏土试样,因仅存在纤维/土颗粒界面的I类纤维,土体的抗拉强度提高非常明显;随着砾石含量增大,纤维/土颗粒/砾石界面II类纤维的占比增加,纤维的掺入对其抗拉强度的提升作用明显降低。最后,基于60个试样的试验结果,提出了一个纤维加筋砾质黏土的抗拉强度的多元回归模型,可快速预测不同砾石含量和纤维含量下砾质黏土的抗拉强度。相关试验结果可为高土质心墙坝防渗心墙的抗裂设计提供参考。

关键词：砾质黏土聚丙烯纤维抗拉强度极限拉应变微观机制

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高混凝土面板堆石坝地震损伤机理研究

岩土工程学报 2015年第11期37卷 1937-1944页

作者：陈生水王庭博傅中志魏匡民南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室江苏南京210029 同济大学地下建筑与工程系上海200092

以紫坪铺面板堆石坝为例,基于堆石料的黏弹性模型和地震残余应变模型计算分析了高混凝土面板堆石坝的地震响应,并结合震害调查结果分析了高混凝土面板堆石坝的地震损伤机理。研究表明,输入地震加速度在坝顶附近和坝坡表面显著放大,呈现... 详细信息

以紫坪铺面板堆石坝为例,基于堆石料的黏弹性模型和地震残余应变模型计算分析了高混凝土面板堆石坝的地震响应,并结合震害调查结果分析了高混凝土面板堆石坝的地震损伤机理。研究表明,输入地震加速度在坝顶附近和坝坡表面显著放大,呈现出显著的鞭梢效应,导致坝顶和下游坝坡上部堆石体松动滚落。地震导致大坝堆石体产生显著剪缩,坝体断面整体向内收缩,刚性混凝土面板与垫层料之间脱空,脱空后面板与垫层料之间的摩擦力大幅减小甚至消失,面板在自重和地震惯性力联合作用下向下滑动,致使面板水平施工缝发生错台,面板表面产生裂缝。地震还导致岸坡附近左右坝段堆石体向河谷中央位移,致使岸坡附近面板垂直接缝发生拉伸破坏,河床中部垂直接缝及附近混凝土面板发生挤压破坏。数值计算和震害调查结果均表明,高混凝土面板堆石坝的地震损伤现象主要与其堆石体地震残余变过大,以及堆石体与防渗系统之间变形不协调密切相关,故强震区修建高面板坝应尽可能提高堆石体压实密度,以减小坝体的地震残余变形。

关键词：高面板堆石坝地震响应残余变形损伤机理

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高土质心墙坝坝顶裂缝模拟方法及应用

岩土工程学报 2020年第6期42卷 997-1004页

作者：吉恩跃陈生水傅中志张灿虹南京水利科学研究院江苏南京210024 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室江苏南京210029 南京工业职业技术学院江苏南京210046

土质心墙坝坝顶裂缝是目前高土石坝建设及运行中常遇到的病险,其发生和发展大大增加了工程的安全风险。基于扩展有限元的位移模式提出了坝顶裂缝的模拟方法并将其运用到瀑布沟土心墙坝坝顶裂缝模拟中。首先介绍了坝顶裂缝模拟方法的基... 详细信息

土质心墙坝坝顶裂缝是目前高土石坝建设及运行中常遇到的病险,其发生和发展大大增加了工程的安全风险。基于扩展有限元的位移模式提出了坝顶裂缝的模拟方法并将其运用到瀑布沟土心墙坝坝顶裂缝模拟中。首先介绍了坝顶裂缝模拟方法的基本原理,其后采用神经网络遗传算法对瀑布沟心墙坝典型监测点监测数据进行了反演,采用反演得到的模型参数同时考虑筑坝料湿化、流变及固结,进行了瀑布沟心墙坝坝顶裂缝模拟。结果表明:采用反演参数计算得到的坝体变形与监测资料较为吻合;蓄水后坝体最大沉降3.27m,向上游最大水平位移1.17m,上游堆石料湿化沉降最大达0.48m,上游坝壳的湿化变形作用导致了坝顶上下游的不均匀变形;模拟得到的坝顶裂缝首次发生在满蓄后,距离坝轴线4.75 m位置处,1个月内裂缝扩展至1.75 m深度(坝顶填土内,未扩展至心墙),运行10 a间坝顶裂缝未发生实质性发展;此外,不考虑上游坝壳湿化时坝顶未有裂缝产生,考虑湿化而不考虑流变时坝顶裂缝扩展深度最大为1.25 m,最大张开宽度为2.7 cm。相关成果可为类似特高土心墙坝工程预防坝顶裂缝的发生提供相关参照。

关键词：土心墙堆石坝坝顶裂缝模拟方法裂缝扩展

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不同掺砾量下砾石土抗拉强度试验研究

岩土工程学报 2019年第7期41卷 1339-1344页

作者：吉恩跃陈生水朱俊高傅中志南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室江苏南京210029 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210024

砾石土的抗拉强度是土心墙堆石坝抵抗拉裂破坏的重要指标之一。基于自主研制的单向拉伸试验模具,对不同掺砾量下的砾石土进行了系列的单向拉伸试验。在此基础上得到了以下结论:在本文的试验参数范围内,砾石土的抗拉强度随着含水率的增... 详细信息

砾石土的抗拉强度是土心墙堆石坝抵抗拉裂破坏的重要指标之一。基于自主研制的单向拉伸试验模具,对不同掺砾量下的砾石土进行了系列的单向拉伸试验。在此基础上得到了以下结论:在本文的试验参数范围内,砾石土的抗拉强度随着含水率的增大而减小,随着干密度的增大而增大;分别给出了各掺砾量下土样抗拉强度与其最优含水率及最大干密度的关系表达式;对于处于各自最优含水率和最大干密度下的砾石土,掺砾量从0%增加到50%时,试样的抗拉强度从122.6 kPa减小到了 49.8 kPa,且两者呈线性递减关系;试样的峰值拉应变和极限拉应变均随着掺砾量的增加而线性递减;对不同掺砾量土样的断裂能分析发现,随着掺砾量的增加,土样的抗拉能力不断减弱;在略高于最优含水率及处于最大干密度时砾石土试样的综合抗拉能力最强。相关试验成果可为实际土石坝心墙抗裂设计提供参照。

关键词：砾石土掺砾量单向拉伸抗拉强度拉应变

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基于状态参数的筑坝粗粒土本构模型

岩土工程学报 2016年第4期38卷 654-661页

作者：魏匡民陈生水李国英傅中志南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室江苏南京210029

粗粒土的应力应变关系与其密实度有着密切的关系。当前常用的粗粒土本构模型无法考虑密实度对其力学行为的影响,在粗粒土三轴试验基础上建议了一个基于状态参数的粗粒土双屈服面模型,推导了其应力应变表达式。该模型能够反映不同初始孔... 详细信息

粗粒土的应力应变关系与其密实度有着密切的关系。当前常用的粗粒土本构模型无法考虑密实度对其力学行为的影响,在粗粒土三轴试验基础上建议了一个基于状态参数的粗粒土双屈服面模型,推导了其应力应变表达式。该模型能够反映不同初始孔隙比条件下粗粒土的峰值强度、剪胀性、应变硬化或软化规律。通过与多组粗粒土三轴试验结果比较,验证了模型的适应性。

关键词：粗粒料本构模型状态参数堆石坝

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土心墙堆石坝坝顶裂缝扩展有限元模拟

岩土工程学报 2018年第S2期40卷 17-21页

作者：吉恩跃陈生水傅中志朱俊高南京水利科学研究院岩土工程研究所水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室

基于ABAQUS计算平台,采用扩展有限元方法对某土心墙堆石坝坝顶裂缝的发生及扩展情况进行了模拟,针对含初始裂缝的简化平面有限元计算模型,得到了以下结论:坝顶裂缝的产生原因主要是上下游的不协调变形,上游坝壳的湿化变形会加剧此不协... 详细信息

基于ABAQUS计算平台,采用扩展有限元方法对某土心墙堆石坝坝顶裂缝的发生及扩展情况进行了模拟,针对含初始裂缝的简化平面有限元计算模型,得到了以下结论:坝顶裂缝的产生原因主要是上下游的不协调变形,上游坝壳的湿化变形会加剧此不协调变形;坝顶裂缝多出现在心墙下游侧,其扩展的方向为朝下游侧且与水平面呈45°左右夹角,初始裂缝的长度对裂缝扩展方向影响较小;开发编制了求裂纹扩展长度及开度的插件,以靠近心墙中心的初始裂缝为例,在库水压力及湿化作用下,裂缝扩展的平均长度为2.5 m,裂缝平均张开距离为0.18 m;初始裂缝越靠近心墙中部,裂缝扩展长度及开度越大。设计及施工中在加强接触部位碾压质量的同时应注重坝顶心墙中部的压实质量以减小坝顶裂缝发生的危害。

关键词：土心墙堆石坝坝顶裂缝扩展有限元裂缝扩展

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粗粒土三轴试验橡皮膜嵌入量测量方法研究

岩土工程学报 2021年第8期43卷 1536-1541页

作者：徐卫卫陈生水傅中志吉恩跃南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室江苏南京210024

粗粒土试验的橡皮膜嵌入效应使得试样体积变形测量结果失真,从而影响其强度变形指标测量精度。为此,在同一试验仪器上开展了多组不同直径试样粗粒土的等向固结三轴试验,分析了橡皮膜的嵌入量的变化规律和影响因素,在此基础上提出了一个... 详细信息

粗粒土试验的橡皮膜嵌入效应使得试样体积变形测量结果失真,从而影响其强度变形指标测量精度。为此,在同一试验仪器上开展了多组不同直径试样粗粒土的等向固结三轴试验,分析了橡皮膜的嵌入量的变化规律和影响因素,在此基础上提出了一个计算粗粒土橡皮膜嵌入量的经验公式。研究表明,橡皮膜的嵌入量随围压的增大而增大,与其围压大体呈幂函数关系。相同围压下,随着试样直径的增加,橡皮膜的嵌入量占总体变的比例减小;试样直径相同时,围压变化对橡皮膜嵌入量占总体变比例的影响明显小于试样直径变化的影响,且随着试样直径的增大,影响逐渐降低。因此,粗粒土的强度变形试验应尽可能采用较大直径的试样进行,以降低橡皮膜嵌入量对其试验结果的影响。由于粗粒土的母岩性质和级配变化较大,既有橡皮膜嵌入量计算公式将明显低估堆石料试样的橡皮膜嵌入量,建议采用本文提出的方法对粗粒土试样橡皮膜嵌入量进行估算。

关键词：粗粒土橡皮膜嵌入量测量方法

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堆石料动力残余应变模型研究

岩土工程学报 2016年第8期38卷 1399-1406页

作者：王庭博傅中志陈生水韩华强同济大学地下建筑与工程系上海200092 南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210029 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室江苏南京210024

采用大型静动三轴压缩试验仪,对某面板堆石坝筑坝材料进行了动残余变形试验,研究了砂砾石料和开挖料在循环荷载作用下的残余变形特性及其影响因素。试验资料表明,动荷载作用下第一次循环振动诱发的残余剪应变最大,随着振次增长,剪应变... 详细信息

采用大型静动三轴压缩试验仪,对某面板堆石坝筑坝材料进行了动残余变形试验,研究了砂砾石料和开挖料在循环荷载作用下的残余变形特性及其影响因素。试验资料表明,动荷载作用下第一次循环振动诱发的残余剪应变最大,随着振次增长,剪应变持续增加,在试验设定的振次内,未出现收敛趋势。与之不同,残余体应变在循环荷载作用下有明显的收敛趋势。基于试验结果建立了残余变形与循环振动周次和动剪应变振幅的关系,提出了计算模型。模型共8个参数,均可通过动三轴试验确定,能较好地反映残余应变发展规律。

关键词：堆石料循环荷载残余剪应变残余体应变