阎宗岭[1]2003年在《堆石体物理力学特性及其工程应用研究》文中研究说明堆石体是一种有一定级配、无凝聚性、渗透能力很强的摩擦型集合料，并具有独特的物理力学特性。其特殊性主要是因为它是由颗粒和孔隙组成，其性质与颗粒的大小、形状及分布特征有关，并且在载荷作用下，这些参量将不断发生变化，堆石体物理力学性质也随之改变。论文采用散体力学、颗粒力学的相关理论对堆石体的强度和变形机理进行研究，并考虑到堆石体内部微观结构的变化特征，将微观结构的特征参数与宏观力学量统一起来，建立相适应的力学模型，将微观与宏观联系起来，进一步完善了对堆石体的研究。论文完成的主要研究工作有：有关堆石体物理力学性质方面，在已有研究成果基础上，对相关研究成果进行综合比较、分析、研究、总结，并借鉴散体力学、颗粒力学和统计力学相关理论，把有关堆石体的物理力学性质的研究成果融汇成了一个较完善的基础理论体系。从岩石的破碎机理出发，建立了堆石体粒径分布的对数正态分布模型，可以较好的预测爆破堆石体的粒径分布。对堆石体的物理力学性质进行了较全面的试验研究，包括现场测试与分析、现场大型碾压试验、原位剪切试验、渗透试验、击实试验、压缩试验、叁轴剪切试验等，对堆石体的颗粒分布、抗剪强度、渗透特性、压缩性以及沉降特性进行了研究，丰富了理论研究内容，为工程应用提供了科学依据。从堆石体的组构特征出发，以数理统计为工具，研究了颗粒间的接触力以及接触力的法向分布，得出了颗粒间接触力的概率分布。研究了堆石体的力学性质与颗粒的空间堆积方式、孔隙的大小及孔隙的空间分布之间的关系。运用散体颗粒力学和数理统计理论，从颗粒的空间堆积形态出发，分析颗粒间的接触关系、接触力，并建立了堆石体颗粒间的局部微观接触力与宏观应力之间的关系。从堆石体颗粒的微观结构出发，建立了堆石体的刚性接触模型，将颗粒间的接触力同局部应力联系起来，建立了堆石体的局部本构模型。以堆石体局部本构关系为基础，并从微观到宏观，建立了堆石体的二维、叁维本构模型，把堆石体的微观颗粒组构特征与其宏观物理力学特性联系起来，为进一步研究堆石体物理力学特性奠定了理论基础。通过理论分析、现场监测和数值分析等手段，研究了堆石体内土压力的分布状况，对堆石体的成拱机理进行了理论研究，并分析了堆石体对其内部构筑物安全性的影<WP=4>响。以堆石体的成拱效应为算例，以数值分析为手段，对堆石体填筑结构的土压力分布进行了数值模拟，验证了堆石体成拱效应。以几个不同工程为实例，充分阐述了堆石体在工程中的典型应用情况，充分应用了堆石体压实性能好、透水性强、填筑密度大、沉陷变形小、承载力高、稳定性好等优良工程特性，体现出了堆石体在工程中良好的安全、经济、社会和环境效益。工程应用表明堆石体是一种安全、经济以及具有良好社会、环境效益的工程材料。
王吕岗[2]2017年在《吹填式固化泥砂浆灌注大粒径堆石体填筑台背路基关键技术研究》文中提出桥头跳车问题是公路建设中最常见的病害和安全隐患之一,当车辆行驶至桥头处,往往需要采取制动减速,来避免跳车现象,这样使得车辆行驶速度大大降低,影响了道路的通行能力,严重损害了公路建设的经济和社会效益。本文在参考文献的基础上,根据刚柔过渡理论,结合非压实回填土、堆石体及自密实堆石混凝土技术,提出了一种新的台背回填技术——吹填式固化泥砂浆灌注大粒径堆石体填筑台背路基技术。此技术利用钻孔灌注桩或池塘地基清淤施工产生的废弃泥浆添加一定剂量的固化剂做填充料,路基填方剔除的超大粒径石料做大空隙堆石体,采用吹填式施工工艺,将固化泥砂浆填充料用泥浆泵灌入堆石体大空隙中,形成大粒径堆石体固化泥砂浆路基。本文主要研究了此技术的前期实验和基本理论,研究内容和成果主要包括以下几个方面:(1)通过调研路基超大粒径填料外貌特征,研究了大粒径石料的堆积方式,并根据路基大粒径堆石体骨料堆积形成的孔隙结构特征,提出采用两级级配的方法形成大粒径堆石体骨架结构;(2)对吹填的泥砂浆固化剂进行了实验研究,探讨了泥浆固化的机理,并采取正交试验方法对泥浆固化剂材料进行了配合比设计。在配合比设计的基础上,实验了采用不同剂量的固化剂对泥浆流展度和抗压强度的影响,同时通过固化泥砂浆的冻融循环实验研究了其耐久性;(3)研究了固化泥砂浆灌注大粒径堆石体的工作性能,并对形成的大粒径堆石体固化泥砂浆路基进行了简单的理论分析。在此基础上,根据相似文献和实验数据,使用ANSYS有限元软件,对采用此工艺形成的台背路基沉降情况进行了数值模拟。模拟发现采用此工艺大大减小了桥台和台背过渡段的沉降差,大概减小约5 cm,实现了桥台、台背过渡段和路基沉降差的缓慢过渡;(4)在理论研究的基础上,对其施工工艺进行了简单的论述。
胡超[3]2015年在《堆石体多尺度模型与宏细观力学特性研究》文中研究说明高堆石坝建设的快速发展对堆石体的宏细观力学特性研究提出了更高要求。堆石体自身的多尺度结构和典型的非线性、非均匀、离散性、各向异性等使得人们对其宏细观变形机理的认识还不够深入,现行的本构模型和设计理论还不能完全满足工程实践的需求。目前,堆石体应力变形的研究方法主要是采用基于连续介质模型的有限元方法进行,它能够在宏观层面上基本等效地得到堆石体的应力变形特性,但难以反映堆石体在细观尺度上的演变过程,如颗粒破碎、颗粒滑移等重要特征。离散元或者以离散元为基础的多尺度数值试验不受试验尺寸的限制,并能够区分影响堆石体力学性能的各种因素,同时也可以方便地监测堆石体内部结构在加载过程中的演化过程,数值试验的这些优势一方面为研究堆石体的细观变形机理或宏观力学特性产生机制提供了新的途径,另一方面也可为完善堆石体的本构关系提供理论依据。因此,有必要从细观数值方法入手,以多尺度方法为手段,从宏细观角度研究堆石体的力学特性。多尺度方法是研究堆石体等复杂颗粒体系的一种有效思路。本文提出了一种分阶耦合有限元-离散元的多尺度模拟方法,分析和推导了该多尺度方法中的关键关系式,构建了相应计算框架。该多尺度方法采用有限元模拟边值问题,并从对应于每个高斯积分点的离散颗粒集合体提取本构关系用于整体求解。该方法既能避免传统连续方法对基于唯象假定的本构关系的依赖,又能克服单纯离散元不能有效模拟大尺度工程问题的缺点,同时还可以将宏观响应与颗粒材料的细观机制有效关联。通过堆石体双轴压缩多尺度数值试验,对堆石颗粒材料的宏细观特性进行了系统的研究。宏观力学响应表现出围压相关性与非对称的应变局部化现象；剪切带内外以及边缘积分点表现出不同的局部响应；在细观组构方面,分析了加载过程中配位数的演化规律、颗粒的运动规律以及接触力链的发展,从细观层次解释了堆石颗粒体系的力学性质；颗粒集合体的接触力分布具有非均匀性与空间各向异性,剪切带内颗粒集合体的主应力发生了偏转,各向异性程度更加明显；分析了各向异性系数的演化过程以及不同各向异性来源对总体各向异性的贡献权重；研究了加载过程中颗粒集合体能量的演变。随着表征元颗粒数目的增多,接触法向的分布越均匀、各向异性程度越小,但在软化行为的模拟方面有一定差别。数值算例充分展示了该多尺度模拟方法在颗粒材料基本特性研究及其实际工程应用方面良好的运用前景。对随机散粒体不连续变形(SGDD)方法中的接触力学模型、弹塑性应力应变关系、时域离散和积分等方面进行了简要介绍。以实际工程筑坝料为例,对堆石颗粒形状进行了分析和模拟,发展了堆石颗粒随机生成方法。该算法可生成不同颗粒形状、不同孔隙率、不同级配的颗粒集合体,在细观尺度上实现了堆石颗粒几何形态与空间分布的精细化描述。在随机散粒体不连续变形方法的基础上,引入内聚力模型,将准脆性材料离散为实体单元与无厚度界面单元,并对界面单元的刚度等参数进行推导,通过界面单元的起裂、扩展和失效,实现了岩体等准脆性材料开裂扩展的数值模拟。该方法能够显式地模拟叁维颗粒破碎现象,不需要在裂缝尖端重新剖分网格,确保了数值计算的稳定性,提高了计算效率。数值模型中,损伤与断裂只发生在界面单元上,实体单元仅发生弹性变形,界面单元的应力状态达到破坏准则后,运用基于断裂能的损伤演化模型,界面单元失效后从模型中删除,之前由界面单元相连的实体单元转为接触状态。以巴西劈裂试验等算例对该方法进行了验证,较好地模拟了裂纹的开裂萌生与扩展。在分析颗粒破碎力学机制的基础上,应用该方法模拟了堆石体的颗粒破碎。基于多尺度力学模型与随机散粒体不连续变形方法,建立了堆石体的数值试验平台。数值试验平台能够模拟刚性或柔性边界条件,提供位移或应力加载方式,提取颗粒集合体的宏观力学指标。在详细阐述数值试验过程的基础上,分别研究了堆石体的缩尺效应和锚固效应。以水布垭面板堆石坝主次堆石料为研究对象,建立了考虑颗粒破碎与颗粒强度尺寸效应的散粒体数值模型,重点研究了颗粒强度的尺寸效应以及试样的尺寸对堆石体力学特性的影响,分析了缩尺后堆石体力学特性的变化规律。将砾石锚固试验进行数值实现,分别建立了不同锚杆间距和不同颗粒粒径的数值试样,数值模拟结果能够较好地反映不同加锚散粒体结构的变形规律与锚固效应,散粒体材料表现出的宏观特性与其细观组构的演化密切相关。
霍趁方[4]2008年在《蒲石河面板堆石坝叁维有限元模拟》文中指出混凝土面板堆石坝是水工结构中的重要坝型之一,坝主体由堆石或砾石组成,起支承作用,其上游面设置混凝土面板起防渗作用。面板堆石坝因其具有的众多优点而受到广泛关注,特别在近年来发展较快、应用较广,逐渐成为有较强竞争力和发展前景的坝型。面板堆石坝的主要问题是坝体变形以及随之而来的接缝损坏而导致的渗漏。因此,坝体变形问题已成为面板堆石坝设计的核心问题。根据蒲石河凝土面板堆石坝的实际情况建立叁维简化模型,运用大型有限元计算分析软件ANSYS进行叁维非线性有限元计算,分析了面板堆石坝的应力应变特点。首先分析了堆石体的物理力学特性,对堆石体的本构模型进行了讨论,确定了有限单元模型中的单元类型以及接触单元的型式。根据现场实验数据和已有的研究成果,选取Duncan-Chang非线性本构模型表征堆石体的应力应变特性,并且确定了堆石料的材料参数。采用ANSYS提供的生死单元功能模拟施工过程,数值模拟结果表明:在堆竣工期,最大垂直变形发生在坝体的1/2高度处,最大垂直变形0.4m,占坝高的0.51%,最大水平变形为0.17m,位置在坝高的1/3处。最大垂直方向应力为1.39MPa,第叁主应力最大值为0.14MPa,表明竣工期的应力由堆石体的自重控制。然后模拟了在不同蓄水位条件下,混凝土面板垂直缝和周边缝的变形过程。建立了混凝土面板和堆石体之间、混凝土面板与面板之间、混凝土面板与趾板之间的接触模型,采用ANSYS提供的接触单元模拟。数值模拟结果表明:在靠近河谷附近,垂直缝为闭合状态;在靠近岸坡附近,垂直缝为张开状态,其最大开度为2mm,周边缝在河谷附近开度最大,往两岸逐渐减小,最大开度为17.9mm。有限元数值模拟结果为堆石体施工期变形预留和周边缝、垂直缝的接缝材料选取提供了理论依据。
李晓柱, 刘洋, 吴顺川[5]2013年在《堆石坝现场碾压试验与离散元数值分析》文中研究指明根据糯扎渡水电站大坝上下游粗堆石区I区料源的现场碾压试验,基于离散元法提出堆石坝碾压试验数值模拟方法,并通过该方法对堆石坝现场碾压试验进行数值分析,探讨碾压过程中粒径分布对碾压质量的影响,分析碾压过程中颗粒的运动规律、密度形成机制及压实特性;模拟结果与实测结果基本吻合,验证离散元数值模拟方法应用于堆石坝碾压特性研究的可行性,更直观地从细观角度解释堆石体碾压过程中宏观参数(如干密度等)的变化规律,为大坝I区堆石料选取科学合理的碾压施工参数,为堆石体碾压特性研究提供新的途径。
李斌[6]2006年在《挤压式边墙对公伯峡面板堆石坝应力和变形的影响分析》文中提出随着混凝土面板堆石坝的广泛应用,其施工工艺也在不断改进。其中挤压式混凝土边墙施工法是一种面板坝垫层料施工工艺改进的新方法。这种方法以其能够保证垫层料的压实质量和提高坡面防护能力以及施工简便等特点得到国际坝工界的重视,已成为一种面板坝垫层料施工的新经验。公伯峡混凝土面板堆石坝在国内首次采用了这种新技术。对挤压式边墙在混凝土面板堆石坝中的应用,还有很多新的问题需要进一步深入研究。为便于研究公伯峡混凝土面板堆石坝挤压式边墙对大坝应力和变形的影响,本文首先分析了ABAQUS的二次开发功能,研究了用户材料子程序(UMAT)实现的原理及实现的步骤和方法,编制了Duncan-Chang E-B本构模型程序并导入到ABAQUS中并采用叁轴试验的结果来验证程序的正确性。结果证明开发是成功的,开发的程序具有高效率、高精度、源代码简洁等优点,修改非常方便。为简化挤压式边墙的计算和分析,本文研究用等效板来代替挤压式边墙,用等效接触面来代替挤压式边墙与大坝间的接触面。利用接触面剪切试验来获得相应的等效接触面模型参数,并对该方法的有效性进行了验证。基于以上研究成果并结合公伯峡混凝土面板堆石坝的实际情况,对大坝进行了叁维静态有限元分析,总结了坝体和面板的应力和变形规律。探讨了面板和挤压式边墙之间沥青涂层对面板应力分布的影响,认为挤压式边墙与混凝土面板之间的沥青层对面板应力的影响不大。
徐健, 阎宗岭[7]2003年在《堆石体粒径的概率分布特征》文中研究表明堆石体的物理力学性质与堆石体颗粒的几何特性密切相关,如颗粒形状、粒径和堆积方式等,对堆石体物理力学性质的研究建立在对颗粒几何形态研究的基础上,而颗粒的几何特性具有概率统计特征。针对目前对堆石体的研究主要以散体力学、细观力学和数理统计为基础的研究这一特点,分析了堆石体粒径的概率分布特征,给出了粒径的分布密度和分布函数,求出了统计特征值。其分析结果对进一步研究堆石体的物理力学特性及稳定性分析提供了理论基础。
邱贤德, 阎宗岭, 刘立, 王辉[8]2004年在《堆石体粒径特征对其渗透性的影响》文中认为堆石体属于典型的多孔材料,其渗透特性与颗粒的形状、大小及分布特征关系密切。研究表明,在渗流速度较大时应对达西定律加以修正。结合堆石体颗粒的概率统计分布模型,建立了堆石体颗粒含量与渗透系数之间的经验关系式,把渗透率和堆石体的粒径特征结合起来。在工程设计中可以通过合理调整堆石体的粒径级配,达到控制其渗透能力的目的。
朱虎成[9]2015年在《多场作用下混凝土面板堆石坝的有限元分析》文中研究表明我国混凝土面板堆石坝技术引进较晚,但呈现出起点高、发展迅猛的发展态势,加上其良好的适用性、安全性和经济性等优点,近些年来被工程界广泛接受并采用,一度成为坝工界的首选坝型之一,不但积累了丰富的施工、检测运行和设计经验,而且面板堆石坝的理论和计算方法的研究也得到了长足发展,特别是面板堆石坝有限元分析取得的一系列科研成果,对面板堆石坝技术的成熟起到进一步推动作用。然而,虽然面板堆石坝技术在我国日渐成熟,但实际工程中也反馈了大大小小的问题,特别是混凝土面板开裂问题的普遍性,也反映了面板堆石坝技术的不足。堆石坝面板应力计算也就成为了堆石坝计算分析的关系课题之一。但由于堆石坝面板工作环境的复杂性,影响其面板应力量值大小的因素很多,计算过程中如何考虑诸种因素的作用,各作用又会给面板应力分布带来什么样的影响使我们需要关心和探讨的。本文首先对混凝土面板开裂及其影响因素进行了简要探讨,为下文有限元分析指定方向。然后基于ANSYS程序平台完成对堆石体本构模型的开发,使之能够方便应用到堆石坝的计算分析之中,利用生死单元、多载荷步等功能实现堆石坝施工分层填筑和上游蓄水模拟过程。结合工程实际算例计算结果,了解堆石坝施工期重力场作用下堆石体的应力和变形分布、蓄水期水力重力共同作用下堆石体的应力和变形分布以及蓄水期水力场作用下面板的应力和变形分布,深入认识混凝土面板堆石坝真实的工作性状。另外,本文探讨了面板混凝土浇筑初期考虑日气温变化混凝土面板温度场和应力场的分布,计算分析了施工期气温骤降作用对面板应力分布的影响。对面板顶端分别取自由端和约束端考虑,分析了不同约束情况下温度作用产生的应力分布的影响,确定了两者的差异,总结了温度作用下面板应力的分布规律。并结合工程实际对温度应力产生混凝土面板裂缝的可能性进行了探讨,通过对实际工程面板裂缝的走向、深度、分布规律等特征与有限元计算结果的比较分析,对实际工程面板裂缝产生的主要原因做出了解释。并结合分析结果对面板加固方法提出相应的建议,为设计施工提供技术支持。另外考虑到堆石坝混凝土面板裂缝产生的普遍性,针对温度作用产生裂缝的原因提出了设计施工上堆石坝面板裂缝预防措施。
马刚, 周伟, 常晓林, 周创兵[10]2011年在《堆石体叁轴剪切试验的叁维细观数值模拟》文中研究说明从细观角度出发,采用随机模拟技术建立堆石体的叁维随机颗粒模型,基于修正的增广Lagrangian算法的非线性接触算法模拟颗粒间的相互接触,采用损伤软化模型描述细观单元的应力应变关系,当细观单元的损伤度超过损伤阀值时删除该单元,采用Weibull概率分布描述堆石体材料物理力学性质的非均匀性。以水布垭面板堆石坝茅口组堆石为研究对象,进行其叁轴剪切试验的变形体离散元细观数值模拟,采用应变控制加载,再现了堆石体的颗粒变形和运动规律。数值计算结果表明,数值模拟能够较好地反映堆石体叁轴试验的变形规律,得到的轴向应变-偏应力曲线和轴向应变-体积应变曲线接近试验曲线。从能量角度分析了颗粒变形、颗粒间的摩擦、颗粒的损伤破碎、颗粒运动在加载过程中对系统的贡献。
参考文献：
[1]. 堆石体物理力学特性及其工程应用研究[D]. 阎宗岭. 重庆大学. 2003
[2]. 吹填式固化泥砂浆灌注大粒径堆石体填筑台背路基关键技术研究[D]. 王吕岗. 石家庄铁道大学. 2017
[3]. 堆石体多尺度模型与宏细观力学特性研究[D]. 胡超. 武汉大学. 2015
[4]. 蒲石河面板堆石坝叁维有限元模拟[D]. 霍趁方. 大连理工大学. 2008
[5]. 堆石坝现场碾压试验与离散元数值分析[J]. 李晓柱, 刘洋, 吴顺川. 岩石力学与工程学报. 2013
[6]. 挤压式边墙对公伯峡面板堆石坝应力和变形的影响分析[D]. 李斌. 西安理工大学. 2006
[7]. 堆石体粒径的概率分布特征[J]. 徐健, 阎宗岭. 重庆建筑. 2003
[8]. 堆石体粒径特征对其渗透性的影响[J]. 邱贤德, 阎宗岭, 刘立, 王辉. 岩土力学. 2004
[9]. 多场作用下混凝土面板堆石坝的有限元分析[D]. 朱虎成. 湖南大学. 2015
[10]. 堆石体叁轴剪切试验的叁维细观数值模拟[J]. 马刚, 周伟, 常晓林, 周创兵. 岩土工程学报. 2011
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