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均质黏性土坝漫顶溃决机理及溃坝过程模拟

工程科学与技术 2019年第5期51卷 25-32页

作者：钟启明陈生水梅世昂南京水利科学研究院江苏南京210029 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室江苏南京210029

水库大坝的溃决对下游人民生命及财产带来巨大威胁,而中国已溃大坝中有85%以上为均质黏性土坝,且50%以上为漫顶溃决,因此有必要深入研究均质黏性土坝的漫顶溃决机理,提高溃坝洪水流量过程的预测精度,为溃坝应急抢险提供理论与技术支撑... 详细信息

水库大坝的溃决对下游人民生命及财产带来巨大威胁,而中国已溃大坝中有85%以上为均质黏性土坝,且50%以上为漫顶溃决,因此有必要深入研究均质黏性土坝的漫顶溃决机理,提高溃坝洪水流量过程的预测精度,为溃坝应急抢险提供理论与技术支撑。基于均质黏性土坝大尺度漫顶溃决模型试验,揭示了漫顶水流作用下溃口在3维空间的发展机理,在此基础上提出了一个模拟均质黏性土坝漫顶溃决过程的数学模型。该模型基于坝体形状和漫顶水流特征确定“陡坎”的形成位置,采用宽顶堰公式计算溃口流量;选择可考虑坝料物理力学特性的溯源冲刷公式模拟“陡坎”的移动,并通过力学分析判断“陡坎”上游坝体的坍塌;引入坝料冲蚀系数,通过分析水流剪应力与坝料临界剪应力建立坝料的冲蚀率方程,模拟坝顶与下游坡溃口的发展;采用极限平衡法模拟溃口边坡的失稳,并假设滑动面为平面。模型考虑了不完全溃坝与坝基冲蚀,以及坝体的单侧与两侧冲蚀。选择国内外3组具有实测资料的大尺度均质黏性土坝漫顶溃坝模型试验对模型进行验证,实测值与计算结果的比较表明,溃口峰值流量、溃口最终平均宽度及溃口峰值流量出现时间的相对误差均在±25%以内,并且计算获得的溃口流量过程线与实测结果基本吻合,验证了模型的合理性。

关键词：均质黏性土坝漫顶溃决机理数值模拟

粘土心墙坝漫顶溃坝过程离心模型试验与数值模拟

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水科学进展 2011年第5期22卷 674-679页

作者：陈生水钟启明曹伟南京水利科学研究院江苏南京210029 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210029

利用作者研制成功的溃坝离心模型试验系统,对粘土心墙坝漫顶溃决过程进行了试验研究,结果发现粘土心墙坝与均质坝溃决机理与溃口发展规律明显不同,随着漫坝水流对下游坝壳冲蚀程度的增加,粘土心墙发生剪断破坏,溃口洪水流量迅速增大。... 详细信息

利用作者研制成功的溃坝离心模型试验系统,对粘土心墙坝漫顶溃决过程进行了试验研究,结果发现粘土心墙坝与均质坝溃决机理与溃口发展规律明显不同,随着漫坝水流对下游坝壳冲蚀程度的增加,粘土心墙发生剪断破坏,溃口洪水流量迅速增大。基于上述试验结果,提出了一个描述粘土心墙坝漫顶溃坝过程的数学模型,并建议了相应的数值计算方法。该模型基于不同土体陡水槽冲蚀试验结果,提出了一个模拟漫坝水流对下游坝壳料冲蚀的经验公式,并给出了下游坝壳的冲蚀程度与心墙发生剪断破坏间的数学关系,利用宽顶堰公式计算溃坝流量过程。数值模拟与试验结果的对比,验证了建议数学模型的合理性。

关键词：粘土心墙坝漫顶溃坝离心模型试验数学模型验证

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“南水”双屈服面模型的两点修正

同济大学学报（自然科学版） 2016年第3期44卷 362-368页

作者：王庭博陈生水傅中志同济大学土木工程学院上海200092 南京水利科学研究院岩土工程研究所南京210029 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室南京210024

基于堆石料大型三轴试验数据,分析研究了其切线模量和切线体积比与应力状态的关系,建立了切线模量和体积比与应力比之间的函数关系式,并将其引入"南水"双屈服面弹塑性模型中.运用修正模型对不同应力路径下堆石料的大型三轴压缩试验结果... 详细信息

基于堆石料大型三轴试验数据,分析研究了其切线模量和切线体积比与应力状态的关系,建立了切线模量和体积比与应力比之间的函数关系式,并将其引入"南水"双屈服面弹塑性模型中.运用修正模型对不同应力路径下堆石料的大型三轴压缩试验结果进行了模拟,结果表明,修正模型在未增加参数的情况下较好克服了原模型在描述堆石料应力-应变关系,特别是剪胀(缩)特性方面的不足,可更好地模拟堆石料的强度和变形特性.

关键词：双屈服面弹塑性模型切线模量切线体积比堆石料

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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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颗粒破碎的微观力学模拟

应用力学学报 2014年第5期31卷 671-677,826页

作者：刘恩龙陈生水傅中志四川大学水利水电学院水力学与山区河流开发保护国家重点实验室成都610065 南京水利科学研究院南京210029

基于颗粒尺度建立了考虑颗粒破碎过程中能量耗散的微观力学模型。为了模拟颗粒体的破碎过程和侧向应力的影响,把胶结在一起的三个等粒径的颗粒体当作颗粒破碎体。基于颗粒破碎准则和热力学原理,考虑了颗粒破碎过程中颗粒接触点之间的塑... 详细信息

基于颗粒尺度建立了考虑颗粒破碎过程中能量耗散的微观力学模型。为了模拟颗粒体的破碎过程和侧向应力的影响,把胶结在一起的三个等粒径的颗粒体当作颗粒破碎体。基于颗粒破碎准则和热力学原理,考虑了颗粒破碎过程中颗粒接触点之间的塑性滑移和颗粒转动以及侧向应力作用,通过颗粒破碎体内部颗粒之间的接触破碎来模拟颗粒体的破碎。计算结果表明:本文所提出的微观力学模型可以模拟胶结在一起的大颗粒的破碎过程;颗粒之间的微观力学参数对颗粒破碎过程中的力、塑性滑移、颗粒的转动角有不同程度的影响;力-位移关系曲线在破碎前是线性的,而颗粒破碎时竖向力迅速降低到较小值,并伴有颗粒的转动。

关键词：颗粒破碎微观力学破碎准则颗粒转动

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温度变化对堆石料变形影响的试验研究

岩土工程学报 2016年第S2期38卷 299-305页

作者：石北啸蔡正银陈生水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 南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024

高土石坝建设使用的填筑堆石料在外界温度变化时,变形和力学特性会发生改变,可能影响坝体长期变形。首次采用自主研发的大型劣化三轴仪,通过低温、常温、高温及不同温度循环次数下的堆石料流变试验,研究温度对堆石料强度和变形的影响规... 详细信息

高土石坝建设使用的填筑堆石料在外界温度变化时,变形和力学特性会发生改变,可能影响坝体长期变形。首次采用自主研发的大型劣化三轴仪,通过低温、常温、高温及不同温度循环次数下的堆石料流变试验,研究温度对堆石料强度和变形的影响规律。试验发现:堆石料的流变变形受温度影响较大,温度升高,流变量减小,温度降低,流变量增大;经历温度循环次数越多,最终轴向及体积流变量越大。随着流变过程中试样温度的增加,轴向最终流变量呈减小趋势,随着冷却或增热次数增加,轴向和体积变形均呈逐渐减小的趋势。分析认为,温度循环造成堆石料一定程度上的损伤,导致其颗粒强度降低,变形量增大,经历多次温度循环后堆石料内部颗粒的劣化已经完成,变形基本不在明显。

关键词：高土石坝堆石料流变温度

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冻土区天然斜坡冻胀及融沉滑移变形模拟

水利学报 2014年第S2期45卷 209-214页

作者：吴颖周成陈生水何建村何宁吴艳张桂荣水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室水利水电学院四川成都610065 新疆水利水电科学研究院新疆乌鲁木齐830049

对土坡的一个单位宽度土条进行简要受力分析,进行分层计算土体冻胀变形量。根据平面应变假定求解斜坡坡土应力分量,考虑温度效应对土体先期固结压力的影响对沈珠江水滴形屈服面进行修正,通过拟定坡土滑移速度与黏塑性应变率的关系,得出... 详细信息

对土坡的一个单位宽度土条进行简要受力分析,进行分层计算土体冻胀变形量。根据平面应变假定求解斜坡坡土应力分量,考虑温度效应对土体先期固结压力的影响对沈珠江水滴形屈服面进行修正,通过拟定坡土滑移速度与黏塑性应变率的关系,得出坡土滑移变形速度;再通过修正经冻融循环后的土体强度和黏滞性参数以提高模型的模拟精度。实例计算表明,冻胀变形和滑移变形量的计算值与现场实测数据结果较为一致。

关键词：冻土斜坡冻胀量黏滞性解析解

高土石坝动力弹塑性与黏弹性分析方法比较研究

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岩石力学与工程学报 2019年第5期38卷 1018-1029页

作者：魏匡民陈生水李国英米占宽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

为了研究黏弹性方法和弹塑性方法用于分析土石坝动力性状时存在的结果差异,分别以沈珠江动力模型和静、动统一的广义塑性模型为例,同等条件下对比研究2种方法在加速度反应、坝体位移历史、震后残余变形、防渗体应力等方面的差异。研究... 详细信息

为了研究黏弹性方法和弹塑性方法用于分析土石坝动力性状时存在的结果差异,分别以沈珠江动力模型和静、动统一的广义塑性模型为例,同等条件下对比研究2种方法在加速度反应、坝体位移历史、震后残余变形、防渗体应力等方面的差异。研究结果表明:(1)弹塑性方法得到的坝顶区加速度放大系数较黏弹性方法略小,但中下部坝体加速度放大效应更强;(2)由于黏弹性方法坝体位移过程不包含地震残余分量,所以与弹塑性方法计算结果存在较大差异;(3)黏弹性方法采用经验公式估算的坝体残余变形规律与弹塑性方法结果较为一致,但弹塑性方法计算的坝体震缩现象与实际震害更为吻合;(4)黏弹性方法计算的面板破坏型式主要为面板顶部区域的拉伸破坏,而弹塑性方法的计算结果为面板中部区域的受压破坏,这主要是由于黏弹性方法未包含地震残余位移分量导致,其计算的面板动应力失真,弹塑性方法可有效克服黏弹性方法的缺陷。

关键词：土力学土石坝地震分析弹塑性方法黏弹性方法有限元法

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抗滑桩工程的整体设计方法及其优化数值模型

岩土工程学报 2003年第1期25卷 11-17页

作者：邹广电陈生水南京水利科学研究院土工研究所江苏南京210024

综合应用抗滑桩的极限承载理论和绕流阻力概念 ,通过由点到面、由面到空间的方式和三道安全系数的设立 ,建立了一套完整的、可广泛应用于工程设计的抗滑桩整体设计方法 ;该方法最终将抗滑桩设计归结为一个特殊的优化数值模型 ,并应用非... 详细信息

综合应用抗滑桩的极限承载理论和绕流阻力概念 ,通过由点到面、由面到空间的方式和三道安全系数的设立 ,建立了一套完整的、可广泛应用于工程设计的抗滑桩整体设计方法 ;该方法最终将抗滑桩设计归结为一个特殊的优化数值模型 ,并应用非数值并行算法中的模拟退火算法求解 ,结果显示本文方法与工程实践相吻合。

关键词：设计优化数值模型抗滑桩工程极限承载理论模拟退火算法