堆石料蠕变模型试验研究

摘要

竣工后的沉降将导致坝体内部应力重新分布，使面板出现裂缝，影响大坝的安全运行，所以在大坝设计阶段必须考虑到堆石坝在工程竣工后的蠕变变形。目前，在堆石料蠕变机理、蠕变模型、数值模拟计算方面的研究还没能较好的反映堆石料的蠕变性质。为此，本文通过室内蠕变试验，对堆石料的蠕变规律、蠕变机理进行分析，探讨应力水平和围压对蠕变的影响，最后基于试验数据，建立堆石料的幂函数蠕变模型。主要开展的研究工作如下:
　　 采用SR-4大型高压三轴蠕变仪对上寨水库和两河口水电站的坝料进行室内蠕变试验，加载方法分别为单级加载和应力水平逐级加载。在总结以前学者研究成果的基础上，确定了以试验历时7天作为蠕变变形的稳定标准，以试验开始1小时作为堆石料蠕变和弹塑性变形的分界点。
　　 两种不同加载方法在总应变、蠕变、蠕变速率三个方面表现出相似的规律。随着应力水平的增大，堆石料变形稳定的时间增长，总应变增大。在双对数坐标中，蠕变和蠕变速率与时间呈线性关系。同一围压下，应力水平越大蠕变速率越大。随着围压的增大，不同应力水平的轴向蠕变速率差值缩小;同一围压不同应力水平下，体积蠕变速率相差不大。
　　 根据上寨水库主堆石料和两河口混合料的蠕变试验资料求取幂函数蠕变表达式，并分析堆石料的蠕变机理。应力水平对轴向应变和蠕变的影响较大，而围压对轴向应变和蠕变的量值影响相对较小。围压是引起体积应变和蠕变的主要因素。
　　 然后，从应力水平和围压两个方面分析幂函数蠕变表达式的影响因素。单级加载蠕变试验的轴向初始蠕变随应力水平的增大而增大，轴向蠕变指数随着围压的增大而减小;体积初始蠕变没有得到比较统一的规律，体积蠕变指数随围压的增大而减小。对于应力水平逐级加载的蠕变试验，轴向初始蠕变随应力水平的增大而增大，可用指数函数进行拟合，轴向蠕变指数随围压的增大呈现开口向上的抛物线变化;随围压的增大，体积初始蠕变呈现开口向下的抛物线变化，体积蠕变指数呈现开口向上的抛物线变化。
　　 最后，针对更符合大坝实际施工过程的应力水平逐级加载的情况，提出了包含八个参数的幂函数蠕变模型。通过此幂函数蠕变模型对两河口坝料的蠕变试验进行拟合。结果表明，拟合曲线和试验曲线具有良好的拟合效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 堆石料蠕变研究现状

1．3 主要内容及创新点

第二章 堆石料蠕变试验仪器与方法

2．1 蠕变试验仪器

2．1．1 蠕变试验仪器发展

2．1．2 SR-4型大型高压三轴蠕变仪

2．2 试验方法

2．2．1 试样制各及饱和

2．2．2 试样固结与加载

2．3 堆石料蠕变变形稳定判别标准

2．4 蠕变和弹塑性应变的区分标准

2．5 本章小结

第三章 单级加载堆石料蠕变特性

3．1 上寨水库工程概况

3．2 蠕变试验

3．2．1 试验用料

3．2．2 试验荷载

3．3 总应变分析

3．3．1 过渡层料

3．3．2 主堆石料

3．4 蠕变分析

3．4．1 过渡层料

3．4．2 主堆石料

3．5 蠕变速率分析

3．5．1 过渡层料

3．5．2 主堆石料

3．6 本章小结

第四章 应力水平逐级加载堆石料蠕变特性

4．1 两河口水利工程概况

4．2 蠕变试验

4．2．1 试验用料

4．2．2 试验荷载

4．3 总应变分析

4．3．1 混合料

4．3．2 左下沟坝料

4．4 蠕变分析

4．4．1 混合料

4．4．2 左下沟坝料

4．5 蠕变速率分析

4．5．1 混合料

4．5．2 左下沟坝料

4．6 本章小结

第五章 蠕变机理分析

5．1 水科院幂函数蠕变表达式

5．2 上寨水库主堆石料单级加载幂函数蠕变表达式

5．3 两河口混合料逐级加载幂函数蠕变表达式

5．3 本章小结

第六章 幂函数蠕变模型

6．1 蠕变模型概述

6．2 蠕变表达式影响因素分析

6．2．1 应力水平和围压对轴向蠕变的影响

6．2．2 应力水平和围压对体积蠕变的影响

6．3 幂函数蠕变模型的确定

6．3．1 轴向蠕变模型

6．3．2 体积蠕变模型

6．4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目

致谢