沥青混凝土静三轴试验研究及心墙堆石坝应力应变分析

摘要

本文根据目前在沥青混凝土静三轴力学研究中出现的问题,通过系统的三轴试验,进一步深入研究沥青混凝土的力学特性,意在探求沥青混凝土心墙坝的工作机理,根据不同试验条件下得出的沥青混凝土力学性能,对工程实例进行分析计算,研究沥青混凝土静三轴试验条件变化对沥青混凝土力学性能的影响规律及对沥青混凝土心墙坝的设计、数值计算的影响,以期能对沥青混凝土防渗土石坝的建设与推广有所裨益。 本文首先以沥青混凝土心墙防渗土石坝为主题,系统地介绍了目前大坝的设计与建设现状；总结了前人在沥青混凝土力学性能研究方面的成果和不足,提出了不同温度、加载速率下,对其进行静三轴试验,来研究沥青混凝土的力学性能为工程应用奠定基础。 由于沥青混凝土的力学性能对温度、试验加载速率、试件成型方法,围压等非常敏感；本文在大量试验的基础上,选用了不同试验温度、加载速率、围压下进行沥青混凝土三轴试验研究。试验结果表明,沥青混凝静三轴试验应力-应变曲线,随试验温度、加载速率,围压呈现一定规律性变化；并发现采用邓肯-张模型分析三轴试验数据所得的模型参数随着试验温度、加载速率的变化也表现出一定的规律性,基本印证了在低温低速下沥青混凝土的力学性能与高温高速下沥青混凝土力学性能相似的规律。通过一系列试验的研究,可以确定出沥青混凝土三轴试验模型参数在温度与加载速率之间存在一个固定的换算公式。 本文在充分论述沥青混凝土材料基本性能、施工性能、力学性能影响因素试验分析以及在本构模型理论研究进展的基础上,针对重庆观音洞工程,从其大坝沥青混凝土原材料的选用到大坝建设过程中沥青混凝凝土心墙的应力应变状态进行了二维有限元仿真分析与计算,根据沥青混凝土心墙材料在坝址多年平均气温17.4℃条件下的试验结果所呈现出来的力学特性,在计算的时候对心墙沥青混凝土材料采用了非线性模型和线弹性模型进行了计算比较,计算成果合理可靠,具有较强的工程实用性和参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1概述

1.1研究背景

1.2沥青混凝土心墙防渗体的特点及发展现状

1.2.1沥青混凝土心墙防渗技术的发展

1.2.2沥青混凝土心墙坝的结构特点

1.2.3沥青混凝土防渗材料特点及研究现状

1.3本文研究意义

1.4本文研究的方法及内容

1.5本文研究的难点及创新点

1.6解决难点的技术路线

1.6.1水工沥青混凝土的应力-应变关系研究

1.6.3观音洞沥青混凝土心墙坝应力应变分析计算

1.7本文结构体系

2沥青混凝土强度理论及静三轴试验

2.1沥青混凝土强度理论

2.1.1沥青混凝土的结构类型

2.1.2沥青混凝土强度特性

2.2沥青混凝土三轴试验现状

2.2.1沥青混凝土三轴试验目的

2.2.2沥青混凝土三轴试验方法

2.2.3沥青混凝土三轴试验研究成果

2.3沥青混凝土试验数据的处理方法

2.3.1邓肯一张双曲线模型

2.3.2南水非线性模型

2.4本章小结

3沥青混凝土静三轴试验研究

3.1试验目的及意义

3.2试验设计

3.3试验材料及配合比选择

3.3.1试验材料

3.3.2配合比选择

3.4三轴试验试样制备

3.5试验设备

3.6沥青混凝土三轴试验结果整理

3.6.1加载速率对沥青混凝土应力应变曲线的影响

3.6.2温度对沥青混凝土应力应变曲线的影响

3.6.3围压对沥青混凝土应力应变曲线的影响

3.7本章小结

4沥青混凝土力学参数的求解及变化规律分析

4.1沥青混凝土应力应变关系曲线分析

4.2三轴试验结果求解沥青混凝土力学参数

4.2.1试验数据处理方法

4.2.2 E-v模型分析沥青混凝土三轴试验的几个问题

4.3双曲线模型求解的沥青混凝土力学参数变化规律分析

4.3.1加载速率对沥青混凝土模型参数的影响

4.3.2温度对沥青混凝土模型参数的影响

4.4沥青混凝土本构模型问题研究

4.4.1沥青混凝土本构模型的讨论

4.4.2两种模型拟合试验曲线的结果比较

4.5本章小结

5沥青混凝土心墙堆石坝应力应变分析

5.1土石坝有限元分析原理与方法

5.1.1筑坝材料的本构关系

5.1.2单元的数学力学分析

5.1.3结构整体静力平衡方程的求解

5.2沥青混凝土心墙坝限元分析

5.2.1工程概况

5.2.2计算条件

5.3计算结果分析

5.3.1竣工期

5.3.2蓄水期

5.4本章小结

6结论

6.1沥青混凝土静三轴试验研究

6.1.1三轴试验研究结论

6.1.2三轴试验几点认识

6.2堆石坝应力应变计算

6.3展望

致谢

参考文献

附录