土石壩水力劈裂的物理機(jī)制及數(shù)值仿真

內(nèi)容概要

　　《土石壩水力劈裂的物理機(jī)制及數(shù)值仿真》在前人研究成果的基礎(chǔ)上，深入地分析了水力劈裂發(fā)生的物理機(jī)制，研究了壓實(shí)黏土的拉伸應(yīng)力應(yīng)變特性及斷裂機(jī)理，提出和建立了描述水力劈裂發(fā)生和擴(kuò)展過(guò)程的數(shù)值仿真方法，從而將以往針對(duì)一點(diǎn)的土石壩水力劈裂判別方法發(fā)展為針對(duì)整體結(jié)構(gòu)安全性的評(píng)價(jià)方法。

作者簡(jiǎn)介

李全明，男，1979年出生，高級(jí)工程師。2001年7月畢業(yè)于清華大學(xué)水利水電工程系水利水電工程建筑專業(yè)，獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位；2001年9月免試進(jìn)入清華大學(xué)水利水電工程系巖土工程研究所攻讀博士學(xué)位；2006年7月獲土木工程專業(yè)工學(xué)博士學(xué)位；2006年7月至今，在中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院工作。長(zhǎng)期從事水利水電工程、尾礦庫(kù)工程和巖土工程安全評(píng)價(jià)、隱患治理及監(jiān)測(cè)預(yù)警領(lǐng)域的研究工作。主要研究方向包括尾礦庫(kù)計(jì)算理論及安全評(píng)價(jià)、安全工程等。曾在核心期刊發(fā)表論文30余篇，主持和參與國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目5項(xiàng)，省部級(jí)以上科研項(xiàng)目10余項(xiàng)。

書籍目錄

前言 第1章 緒論 1.1 問(wèn)題的提出 1.2 水力劈裂問(wèn)題研究綜述 1.3 壓實(shí)黏土拉伸特性研究綜述 1.4 本書主要內(nèi)容 第2章 高土石壩水力劈裂發(fā)生的物理機(jī)制研究 2.1 滲透弱面水壓楔劈作用模型一 2.2 滲透弱面水壓楔劈作用模型的驗(yàn)證——數(shù)值試驗(yàn) 2.3 滲透弱面水壓楔劈作用模型的驗(yàn)證——室內(nèi)模型試驗(yàn) 2.4 滲透弱面水壓楔劈作用模型的驗(yàn)證——土工離心模型試驗(yàn) 2.5 本章小結(jié) 第3章 壓實(shí)黏土拉伸特性試驗(yàn)研究及數(shù)學(xué)描述 3.1 位移控制式單軸拉伸儀的研制 3.2 試驗(yàn)概況 3.3 糯扎渡心墻土料單軸拉伸試驗(yàn)成果及分析 3.4 壓實(shí)黏土拉伸變形特性及斷裂機(jī)理分析 3.5 壓實(shí)黏土受拉應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^(guò)程曲線的數(shù)學(xué)描述 3.6 本章小結(jié) 第4章 壓實(shí)黏土張拉破壞的脆性斷裂模型及數(shù)值計(jì)算方法 4.1 有限元法中裂縫的考慮方法 4.2 壓實(shí)黏土的脆性斷裂模型及裂縫的彌散 4.3 計(jì)算算例 4.4 本章小結(jié) 第5章 壓實(shí)黏土張拉破壞的鈍斷裂帶模型及數(shù)值計(jì)算方法 5.1 Bazant鈍斷裂帶模型簡(jiǎn)介 5.2 壓實(shí)黏土鈍斷裂帶模型的全量關(guān)系 5.3 壓實(shí)黏土二維鈍斷裂帶模型的增量關(guān)系 5.4 壓實(shí)黏土鈍斷裂帶模型有限元算法的構(gòu)建 5.5 鈍斷裂帶模型計(jì)算算例：軟弱帶楔劈效應(yīng)數(shù)值試驗(yàn) 5.6 裂縫彌散的計(jì)算網(wǎng)格尺寸效應(yīng)分析 5.7 本章小結(jié) 第6章 水力劈裂的數(shù)值仿真算法及有限元程序系統(tǒng)的開發(fā) 6.1 水力劈裂發(fā)生及擴(kuò)展過(guò)程的數(shù)值仿真算法 6.2 有限元程序系統(tǒng)FEMA2005開發(fā) 6.3 本章小結(jié) 第7章 高土石壩水力劈裂計(jì)算實(shí)例 7.1 挪威Hyttej uvet壩水力劈裂破壞過(guò)程的仿真模擬 7.2 糯扎渡高心墻堆石壩蓄水期水力劈裂安全性評(píng)價(jià) 7.3 本章小結(jié) 第8章 結(jié)論 參考文獻(xiàn) 致謝 作者簡(jiǎn)介

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   水力劈裂可發(fā)生在存在有非連續(xù)現(xiàn)象的地方，進(jìn)一步講它的發(fā)生可能必須要有非連續(xù)現(xiàn)象的存在，如：鉆孔、接近巖石裂隙的較松的土體、事先已經(jīng)存在的初始裂縫等。已經(jīng)發(fā)生的水力劈裂的實(shí)例均由上述的非連續(xù)現(xiàn)象所導(dǎo)致。水力劈裂發(fā)生需要土體中的最小有效主應(yīng)力達(dá)到土體的抗拉強(qiáng)度。在均勻連續(xù)的土體內(nèi)，單一的孔隙水壓力增長(zhǎng)不能在土體中產(chǎn)生負(fù)的有效應(yīng)力，因而不會(huì)導(dǎo)致水力劈裂現(xiàn)象的發(fā)生。土體中的有效應(yīng)力只能在總應(yīng)力或者孔隙水壓力發(fā)生非均勻變化時(shí)才可能變?yōu)樨?fù)值，而這種情況最可能發(fā)生在土體中的非連續(xù)帶上，由于“楔劈作用”（wedging action）使得水壓力有將土體劈開的作用。當(dāng)水壓力增加緩慢時(shí)，由于滲透作用，非連續(xù)帶附近的水壓力會(huì)得到均化，從而降低楔劈作用的影響。所以，較大的滲透系數(shù)和較慢的水庫(kù)蓄水速度會(huì)降低水力劈裂發(fā)生的可能性。在壩體的心墻里，均勻的孔隙水壓力的增加，不會(huì)產(chǎn)生楔劈作用而導(dǎo)致裂縫的發(fā)生。 Atkinson等（1994）（48）進(jìn)行了室內(nèi)三軸不排水水力劈裂的試驗(yàn)研究。試樣選用兩種直徑：38 mm和100 mm，試樣的孔徑有三種：6 mm、16 mm和38 mm，孔長(zhǎng)25 mm，通過(guò)在孔內(nèi)快速提升液體壓力使試樣產(chǎn)生水力劈裂。試驗(yàn)結(jié)果表明，劈裂壓力與圍壓、土的不排水剪強(qiáng)度以及孔徑與試樣直徑的比率有關(guān)，另外也與所加液體的類型、土的超固結(jié)比、初始應(yīng)力比以及液體抬升速度等有關(guān)。 在我國(guó)，黃文熙先生針對(duì)土石壩水力劈裂問(wèn)題提出過(guò)許多精辟和具指導(dǎo)性的意見，倡導(dǎo)、推動(dòng)和指導(dǎo)了我國(guó)在該方面的研究工作。他指出（14）：“心墻中任何一點(diǎn)處的孑L隙水壓力如果使該點(diǎn)處的最小主應(yīng)力的有效值降低至心墻土料的抗拉強(qiáng)度，心墻就會(huì)沿著這個(gè)最小主應(yīng)力面產(chǎn)生水力劈裂”。 朱建華等（1985）（49）利用中心鉆孔的圓柱試件，研究了試件尺寸、水壓上升速率、試件透水性、含水量與固結(jié)歷時(shí)等因素對(duì)水力劈裂特性的影響。通過(guò)對(duì)不同端部進(jìn)水口形狀的實(shí)心試件的水力劈裂試驗(yàn)，研究具有不同流場(chǎng)的試件的水力劈裂問(wèn)題。他們認(rèn)為水力劈裂既不是一點(diǎn)破壞導(dǎo)致整體破壞，也不是整體達(dá)到強(qiáng)度極限后出現(xiàn)的破壞形式，而是介于兩者之間，并認(rèn)為在滲流力的作用下，只有流線間存在一定的夾角時(shí)才會(huì)導(dǎo)致水力劈裂。

編輯推薦

《土石壩水力劈裂的物理機(jī)制及數(shù)值仿真》介紹了高土石壩的水力劈裂問(wèn)題是目前工程界普遍關(guān)注又亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。但有關(guān)水力劈裂的發(fā)生機(jī)理、影響因素以及發(fā)生和擴(kuò)展過(guò)程的描述方法等問(wèn)題至今仍沒(méi)有得到很好的解決。

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