考虑压实特性的高心墙堆石坝非线性多孔弹性分析

摘要

传统高心墙堆石坝结构与渗流性态研究忽略了坝料物理、力学与渗透等压实特性的空间非均质性,且缺乏考虑渗透系数随外部荷载作用的变化,难以客观真实反映大坝结构与渗流性态.基于Biot固结理论框架,通过坝料改进多输出预测模型获得压实特性空间分布,采用Kozeny-Carman模型考虑渗透系数演化规律,推导考虑坝料压实特性的大坝非线性多孔弹性模型应力场与渗流场控制方程,从而建立耦合压实特性的非线性多孔弹性模型,并进一步基于约束随机场进行大坝结构与渗流性态精细有限元模拟,实现高心墙堆石坝非线性多孔弹性分析.结果表明:相比未考虑压实特性影响、未考虑渗透系数随外部荷载作用变化的模型,该模型对于大坝心墙沉降计算值与监测值之间的R^(2)分别提高0.222和0.288,更利于进行大坝应力安全分析,心墙区渗透系数呈现明显的竖向分布,可以更好地反映大坝实际结构与渗流性态,研究结论可为进一步研究大坝压实质量控制提供理论依据.