沥青混凝土防渗体的力学特性研究与三峡茅坪溪土石坝安全分析

论文摘要

本文结合三峡枢纽工程茅坪溪防护土石坝建设中出现的沥青混凝土三轴试验模量数K值偏低,人们对大坝的安全,特别是对心墙是否产生水力劈裂产生疑虑,国务院三峡工程安全验收专家组难以正常验收的问题,深入研究了沥青混凝土的力学特性,提出了能够较好地反映沥青混凝土应力-应变特性的粘弹塑性模型;利用筑坝现场的原型监测资料,对大坝安全进行复核,分析了坝体可能存在的安全隐患,为茅坪溪大坝的运行安全提供了科学的判断依据;揭示了高沥青混凝土心墙坝的工作机理,分析了现行沥青混凝土心墙设计规范规程等存在的不足,并提出了适当的建议。 文章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,同时对水工沥青混凝土的理论研究发展状况等进行了分析论述。 针对水工沥青混凝土具有较强的塑性和蠕变变形的特点,结合室内三轴试验成果,分别提出了考虑弹塑性耦合的应力-应变关系模型和修正Singh-Mitchell四参数蠕变模型,并应用于茅坪溪大坝的安全分析。利用水库139m高程蓄水位的大坝原型监测资料对建议模型进行验证分析,计算成果与实测资料相当一致。同时对水库175m高程蓄水位时大坝施工仿真的粘弹塑性分析表明:沥青混凝土心墙不会发生剪切破坏和水力劈裂,坝体是安全的。 由于沥青混凝土的力学性能对温度、试验加荷速率、试件成型方法等非常敏感,文中利用原型观测资料反演心墙沥青混凝土的实际力学参数。考虑到三轴试验资料整理沥青混凝土的模型参数具有较大的随机性,且大坝原型监测资料的离散性较强,选用Bayes随机反演理论对心墙沥青混凝土力学参数进行反演分析,进而对茅坪溪大坝进行安全复核验算;对困扰茅坪溪大坝安全性判断的沥青混凝土K值问题进行了敏感性分析,认为K值非大坝安全的充要条件;然后得出结论,认为大坝是安全的。 文中对现行沥青混凝土心墙设计规范规程和试验标准等存在的不足与缺陷进行分析,并结合茅坪溪大坝的实践和本文的研究工作,提出了建议。

论文目录

• 第—章 绪论
• 1.1 沥青混凝土防渗土石坝建设的现状水平
• 1.1.1 土石坝沥青混凝土防渗技术的发展
• 1.1.2 沥青混凝土防渗材料力学特性的研究
• 1.1.3 沥青混凝土防渗材料力学参数研究
• 1.2 目前水工沥青混凝土防渗设计中存在的若干问题
• 1.3 本文的研究背景及意义
• 1.3.1 茅坪溪防护土石坝建设概况
• 1.3.2 土石坝沥青混凝土防渗心墙的质量控制标准
• 1.3.3 三峡茅坪溪防护土石坝存在的安全疑虑
• 1.4 本文拟研究的内容和技术路线
• 1.4.1 水工沥青混凝土的应力-应变关系研究
• 1.4.2 水工沥青混凝土的应力-应变模型参数研究
• 1.4.3 茅坪溪土石坝安全复核
• 第二章 复杂应力条件下沥青混凝土的应力-应变关系研究
• 2.1 静力三轴试验研究
• 2.1.1 试验研究装置
• 2.1.2 已取得的试验研究成果
• 2.1.3 茅坪溪土石坝沥青混凝土试验研究
• 2.2 沥青混凝土的应力-应变模型研究
• 2.2.1 非线性弹性应力-应变关系
• 2.2.2 考虑弹塑性耦合特性沥青混凝土应力-应变模型研究
• 2.3 沥青混凝土蠕变特性研究
• 2.3.1 沥青混凝土三轴蠕变试验
• 2.3.2 复杂应力条件下沥青混凝土的蠕变模型研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 茅坪溪防护土石坝施工仿真有限元分析
• 3.1 土石坝有限元分析原理与方法
• 3.1.1 筑坝材料的本构关系
• 3.1.2 单元的数学力学分析
• 3.1.3 结构整体静力平衡方程的求解
• 3.1.4 沥青混凝土蠕变特性的计算
• 3.2 大坝施工仿真有限元分析
• 3.2.1 计算条件
• 3.2.2 计算成果与分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 茅坪溪防护土石坝沥青混凝土心墙力学分析反演分析
• 4.1 概述
• 4.1.1 岩土工程反问题研究的发展
• 4.1.2 岩土工程反问题研究的分类
• 4.1.3 反演参数的可辨识性问题
• 4.1.4 反演分析在土石坝中的应用
• 4.2 沥青混凝土心墙邓肯E-μ模型参数反演分析
• 4.2.1 茅坪溪防护土石坝原型监测设计与实施
• 4.2.2 沥青混凝土心墙非线性弹性本构模型参数反演分析方法
• 4.2.3 沥青混凝土心墙非线性粘弹性本构模型参数相关性分析
• 4.2.4 茅坪溪土石坝沥青混凝土心墙力学参数的敏感性分析
• 4.2.5 茅坪溪土石坝心墙沥青混凝土竣工期力学参数反演分析
• 4.3 以现场反演成果为依据的大坝施工仿真粘弹性有限元分析
• 4.3.1 139m蓄水位大坝有限元计算成果与监测资料验证分析
• 4.3.2 175m正常蓄水位大坝施工仿真粘弹性有限元预测分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 对当前碾压式沥青混凝土心墙坝建设中若干问题探讨
• 5.1 关于碾压式沥青混凝土心墙设计规范
• 5.2 关于碾压式沥青混凝土三轴试验条件
• 5.3 关于心墙沥青混凝土的K值问题
• 5.4 关于水工沥青设计技术指标
• 5.5 本章小结
• 第六章 主要结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间已经公开发表的论文
• 攻读博士学位期间负责主持的科研项目
• 攻读博士学位期间获得的科学技术奖励
• 致谢