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水力劈裂楔劈效应试验研究

岩土力学 2015年第12期36卷 3360-3364,3380页

作者：袁俊平王启贵河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 河海大学岩土工程科学研究所江苏南京210098

心墙是否会发生水力劈裂关系土石坝的安全,该问题的难点和关键之一是水力劈裂的发生机制和条件。利用自制模型,在2种不同加压速率条件下,对有无初始裂缝和5种不同初始裂缝深度的试样进行了水力劈裂试验;结合数值模拟和CT观测试验,验证... 详细信息

心墙是否会发生水力劈裂关系土石坝的安全,该问题的难点和关键之一是水力劈裂的发生机制和条件。利用自制模型,在2种不同加压速率条件下,对有无初始裂缝和5种不同初始裂缝深度的试样进行了水力劈裂试验;结合数值模拟和CT观测试验,验证了水力劈裂的楔劈效应机制—当水压力作用在初始裂缝形成的劈背上,引起劈刃上的力超过临界值时就可能导致发生水力劈裂。研究结果表明:初始裂缝深度越大、加压速率越高,越容易发生水力劈裂。为避免土石坝发生水力劈裂破坏,应注意心墙迎水面的施工质量和平整性,宜采用较慢的蓄水方案。

关键词：水力劈裂心墙坝楔劈效应初始裂缝深度加压速率

水力劈裂裂隙扩展与软弱面作用机理离散元研究

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东北大学学报（自然科学版） 2021年第3期42卷 444-456页

作者：刘帅奇马凤山郭捷孙琪皓中国科学院地质与地球物理研究所页岩气与地质工程重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

针对高承压水引发水力劈裂导致巷道的突水渗水问题,对离散元流固耦合算法进行改进,更新了流体通道长度和水压力对颗粒的作用模式.进行水力劈裂裂隙(HFs)与天然软弱面(WPs)相互作用的数值模拟,得到5种作用模式,并获取不同模式之间的临界... 详细信息

针对高承压水引发水力劈裂导致巷道的突水渗水问题,对离散元流固耦合算法进行改进,更新了流体通道长度和水压力对颗粒的作用模式.进行水力劈裂裂隙(HFs)与天然软弱面(WPs)相互作用的数值模拟,得到5种作用模式,并获取不同模式之间的临界水压力值,进一步分析了试件的位移、接触力以及特征点的应力变化.结果表明:1)定压力注水试验,流体压力值在初始注水处最大,沿裂隙扩展方向逐渐减小;2)不同模式下试样位移响应具有差异性,法向接触力接触方向存在明显竖直优势面,切向接触力则产生4个垂直的优势方向;3)测量圆1处应力在起裂阶段变化剧烈,最大主应力始终为压应力,测量圆2处应力响应相对滞后,主应力曲线的特征是由劈裂裂隙和软弱面之间的作用模式决定.

关键词：颗粒离散元流固耦合水力劈裂位移响应最大主应力

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水力劈裂对岩体中自然裂纹的影响研究

岩土力学 2016年第10期37卷 3003-3010,3016页

作者：石路杨李建许晓瑞余天堂华北水利水电大学工程力学系河南郑州450045 黄河水利职业技术学院水利工程学院河南开封475000 河海大学工程力学系江苏南京210098

建立了求解自然裂纹和水力裂纹扩展的扩展有限元法,对裂纹附近区域的节点采用广义形函数,并采用线增函数消除混合单元,以提高裂纹附近的精度。引入水力劈裂的非耦合模型,即假设裂纹中的水压力为均布力;用砂浆法(线段-线段接触法)结合增... 详细信息

建立了求解自然裂纹和水力裂纹扩展的扩展有限元法,对裂纹附近区域的节点采用广义形函数,并采用线增函数消除混合单元,以提高裂纹附近的精度。引入水力劈裂的非耦合模型,即假设裂纹中的水压力为均布力;用砂浆法(线段-线段接触法)结合增广型拉格朗日乘子法处理受压裂纹段的接触条件。并通过算例分析了以下内容:计算了受压裂纹和裂纹面分布均布水压力的水力裂纹的应力强度因子,并与解析解进行了比较,结果表明,提出的方法具有很高的精度;模拟了水力裂纹对自然裂纹面的影响,并分析了自然裂纹面上的接触力和接触状态。

关键词：自然裂纹水力劈裂扩展有限元法广义形函数接触条件砂浆法增广型拉格朗日乘子法

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水力劈裂问题的态型近场动力学建模

计算力学学报 2019年第1期36卷 21-26页

作者：张钰彬刘一鸣黄丹河海大学力学与材料学院南京211100

将态型近场动力学理论引入水力劈裂问题的模拟。构建了能反映岩土类材料准脆性断裂特征的态型近场动力学本构模型,并在物质点间相互作用力模型中加入等效水压力项,以实现在新生裂纹面上跟踪施加水压力。同时,考虑裂纹面间的接触,引入物... 详细信息

将态型近场动力学理论引入水力劈裂问题的模拟。构建了能反映岩土类材料准脆性断裂特征的态型近场动力学本构模型,并在物质点间相互作用力模型中加入等效水压力项,以实现在新生裂纹面上跟踪施加水压力。同时,考虑裂纹面间的接触,引入物质点间的短程排斥力作用,并设计了相应的接触算法。通过自编程序将模型和算法应用于含初始裂纹、不含初始裂纹以及含坝基软弱结构面的混凝土重力坝在高水头作用下的水力劈裂过程模拟,并与扩展有限元等模拟结果对比,验证了本文模型和算法的可行性和准确性。

关键词：水力劈裂裂纹扩展态型近场动力学接触重力坝

坝肩变坡引起心墙裂缝和水力劈裂的离心模型试验研究

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岩土工程学报 2010年第12期32卷 1935-1941页

作者：牛起飞侯瑜京梁建辉彭翀中国水利水电科学研究院北京100048 清华大学水利水电工程系北京100084

受地形条件的制约,坝肩变坡在土石坝工程中经常出现。坝肩变坡不但会引起心墙裂缝,还会影响坝体的抗水力劈裂能力。结合某高心墙堆石坝工程,进行了相关离心模型试验研究,并对结果进行了计算分析。结果表明:坝肩变坡会使心墙产生不均匀沉... 详细信息

受地形条件的制约,坝肩变坡在土石坝工程中经常出现。坝肩变坡不但会引起心墙裂缝,还会影响坝体的抗水力劈裂能力。结合某高心墙堆石坝工程,进行了相关离心模型试验研究,并对结果进行了计算分析。结果表明:坝肩变坡会使心墙产生不均匀沉降,发生横向裂缝;压实度影响着心墙的不均匀沉降程度,制约着横向裂缝的形态;存在坝肩变坡的心墙在固结中会形成局部低应力区,快速蓄水时有发生水力劈裂的可能。

关键词：离心试验坝肩变坡不均匀沉降横向裂缝水力劈裂

岩体水力劈裂的应力-渗流-损伤耦合模型研究

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计算力学学报 2009年第4期26卷 523-528页

作者：沈振中张鑫孙粤琳河海大学水利水电工程学院南京210098 水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心南京210098 河北省水利水电第二勘测设计研究院石家庄050021

利用无单元法追踪裂纹扩展的优势研究模拟岩体水力劈裂的数值分析模型。定义损伤变量以描述岩体的损伤程度对岩体渗透性和强度的影响,建立了岩体水力劈裂的应力-渗流-损伤耦合分析模型,并编制了基于无单元法的计算程序。综合考虑应力、... 详细信息

利用无单元法追踪裂纹扩展的优势研究模拟岩体水力劈裂的数值分析模型。定义损伤变量以描述岩体的损伤程度对岩体渗透性和强度的影响,建立了岩体水力劈裂的应力-渗流-损伤耦合分析模型,并编制了基于无单元法的计算程序。综合考虑应力、渗流及损伤之间的相互作用影响,分析了具有初始裂纹的岩体平面应力模型的裂纹扩展过程,指出考虑渗流作用时的裂纹扩展角大于不考虑渗流作用时的裂纹扩展角。同时,裂纹内水压力和渗流的作用对于裂纹的扩展方向和扩展长度具有较大的影响。

关键词：无单元法水力劈裂应力场渗流场损伤力学耦合分析

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堆石坝心墙抗水力劈裂性能研究

岩石力学与工程学报 2007年第A01期26卷 2880-2886页

作者：王俊杰朱俊高重庆交通大学河海学院岩土工程研究所重庆400074 河海大学岩土工程研究所

通过研究我国在建的糯扎渡土质直心墙堆石坝(坝高261.5 m)心墙的抗水力劈裂性能,介绍水力劈裂的断裂力学分析方法。在计算中,考虑发生水力劈裂的裂缝条件、库水进入裂缝后形成的"水楔"作用和裂缝端部应力场的奇异性;水力劈裂裂缝的扩展... 详细信息

通过研究我国在建的糯扎渡土质直心墙堆石坝(坝高261.5 m)心墙的抗水力劈裂性能,介绍水力劈裂的断裂力学分析方法。在计算中,考虑发生水力劈裂的裂缝条件、库水进入裂缝后形成的"水楔"作用和裂缝端部应力场的奇异性;水力劈裂裂缝的扩展假定为I–II复合型裂缝问题;裂缝及其影响区的有限元模型用四节点等参单元建立;各种坝料的应力–应变关系用邓肯–张非线性弹性E-B模型模拟,裂缝处理为弹性模量很小的线弹性材料。对心墙上游面分别存在3条水平裂缝和3条竖直裂缝时心墙的抗水力劈裂性能进行分析研究。计算结果表明,该堆石坝土质心墙的抗水力劈裂能力可以保证。

关键词：水利工程堆石坝水力劈裂断裂力学有限元方法临界裂缝长度库水位

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高心墙堆石坝心墙水力劈裂的颗粒流模拟

岩土力学 2012年第8期33卷 2513-2520页

作者：杨艳周伟常晓林花俊杰武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072 西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

目前针对堆石或土石坝的心墙水力劈裂问题虽然已取得了不少成果,但现有的成果大多从宏观的角度进行研究,对心墙水力劈裂发生机制的认识尚未达成一致的观点。采用颗粒流方法从细观角度对心墙水力劈裂问题进行初步研究,模拟了心墙水力劈... 详细信息

目前针对堆石或土石坝的心墙水力劈裂问题虽然已取得了不少成果,但现有的成果大多从宏观的角度进行研究,对心墙水力劈裂发生机制的认识尚未达成一致的观点。采用颗粒流方法从细观角度对心墙水力劈裂问题进行初步研究,模拟了心墙水力劈裂发生和发展的过程。计算结果表明,劈裂水压力Pf随着竖向应力的增大而增大,且两者基本呈线性关系,与室内成果的规律基本一致;心墙在高水力梯度作用下,形成的水楔效应降低了裂缝尖端区附近的最大主应力,当该值小于或接近心墙上游的外水压力时则会导致水力劈裂的发生。此外,计算结果还证明了心墙发生水力劈裂的主要力学原因是由于心墙中的张拉应力超过了土体的抗拉强度。

关键词：堆石坝心墙水力劈裂颗粒流流固耦合

高混凝土坝考虑水表面张力影响的水力劈裂研究

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水利学报 2022年第12期53卷 1500-1511页

作者：吴洋锋汪洋贾金生丁廉营单丙寅天津大学建筑工程学院天津300350 中国水利水电科学研究院北京中水科海利工程技术有限公司北京100038 中地海外水利水电工程有限公司河南郑州470016

水力劈裂是200 m以上高混凝土坝、高碾压混凝土坝需要重点关注的安全隐患。为深入研究高混凝土坝的水力劈裂机理,研发了一种新型混凝土高压水劈裂试件,利用该试件进行了相同条件下水力劈裂及气压劈裂对比试验。研究表明,在静态加压条件... 详细信息

水力劈裂是200 m以上高混凝土坝、高碾压混凝土坝需要重点关注的安全隐患。为深入研究高混凝土坝的水力劈裂机理,研发了一种新型混凝土高压水劈裂试件,利用该试件进行了相同条件下水力劈裂及气压劈裂对比试验。研究表明,在静态加压条件下,混凝土发生破坏的水力劈裂水压显著大于气压劈裂的气压,混凝土断裂过程区中水的表面张力对裂缝扩展有抵抗作用。基于试验,提出了水表面张力抵抗劈裂作用的表达式,利用混凝土断裂力学中的裂纹尖端应力强度因子法,构建了考虑水表面张力作用的混凝土水力劈裂模型,该模型计算结果与试验结果吻合良好。应用水表面张力模型分析200 m级重力坝水力劈裂影响,可进一步改进考虑高压水劈裂的特高混凝土坝设计。

关键词：混凝土高坝水力劈裂气压劈裂表面张力应力强度因子