【摘 要】
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随着西南高寒高海拔地区的水电建设逐步扩大,作为该地区普遍存在的冰积土材料受到人们的关注,并被尝试应用于水电工程建设中。但使用冰积土进行土石坝建设就必须了解其工程特性。本文研究的冰积土分布于香格里拉古水县周遭,通过各种室内试验与颗粒流数值模拟,研究其基本物理性质、宏观受力作用下细观变化、水压作用下冰积土坝料渗流变形耦合效应及水力劈裂细观尺度裂缝的发展。主要内容如下。1、通过室内试验测定原状冰积土的颗
【基金项目】
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国家自然科学基金《西南高寒地区冰积土坝料流固耦合宏细观渗流变形本构关系研究》；
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随着西南高寒高海拔地区的水电建设逐步扩大,作为该地区普遍存在的冰积土材料受到人们的关注,并被尝试应用于水电工程建设中。但使用冰积土进行土石坝建设就必须了解其工程特性。本文研究的冰积土分布于香格里拉古水县周遭,通过各种室内试验与颗粒流数值模拟,研究其基本物理性质、宏观受力作用下细观变化、水压作用下冰积土坝料渗流变形耦合效应及水力劈裂细观尺度裂缝的发展。主要内容如下。1、通过室内试验测定原状冰积土的颗粒级配、含水率与比重;通过室内击实试验测定最优含水率与最大干密度;通过室内试验测定95%压实度冰积土的粘聚力、内摩擦角与渗透系数等物理力学性能。2、基于PFC2D平台开展冰积土颗粒流双轴模拟试验标定细观参数。通进行冰积土室内大型直剪及固结试验的数值模拟,研究宏观受力作用下冰积土的细观变化。3、进行冰积土流固耦合颗粒流数值模拟,研究水压作用下冰积土坝料渗流变形耦合效应,并确定渗流参数的设置。4、确定95%压实度冰积土的断裂韧度,建立冰积土心墙水力劈裂的流固耦合模型,确定不同应力条件下的起裂应力与破坏形式,分析细观尺度下冰积土心墙内水力劈裂破坏的主要原因与形式,并提出针对性的加强措施。论文结果表明:1、冰积土天然状态下含水率3.16%,比重为2.67,且颗粒级配并不均匀;其最优含水率为7.9%,最大干密度为2.17g/cm~3;95%压实度冰积土的粘聚力189.02k Pa,内摩擦角39.82°,渗透系数k20为3.36×10-7m/s。2、通过颗粒流双轴数值模拟试验所标定出的细观参数在进行冰积土的剪切及渗流颗粒流模拟时具有足够的可靠性,并能从细观角度分析冰积土宏观受力作用下细观变形,展现水压作用下冰积土坝料渗流变形耦合效应。3、95%压实度冰积土的断裂韧度KIC=29.84k Pa·m1/2,冰积土心墙发生水力劈裂是内部颗粒间张拉破坏与剪切破坏的共同作用,其中张拉破坏起主导因素。同时提出了通过向天然冰积土内掺入粘粒增加冰积土的粘聚力,可降低冰积土心墙水力劈裂的发生概率。本文的主要创新如下:采用PFC2D软件对冰积土的室内试验、流固耦合及水力劈裂进行了数值模型,探索了冰积土宏观受力作用下细观变化、渗流变形耦合效应及细观尺度裂缝的发展。
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