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土质心墙坝的水力劈裂问题一直是工程界普遍关注又亟待解决的关键问题。由于水力劈裂问题的复杂性,整个水力劈裂的过程还很不清楚,至今还未见有完全模拟出水力劈裂全过程的相关报道。本文在总结和评述前人研究成果的基础上,开展了粘性土水力劈裂试验和轴向压裂试验,按照Seed和Duncan提出的判别准则,运用修改后的RPFA程序对粘性土试样水力劈裂发生、发展过程进行有限元数值模拟分析,同时还针对水力劈裂影响因素进行了研究。本文得到的结论主要有: (1)水力劈裂试验结果表明,水力劈裂破坏后形成的劈裂面是受小主应力控制,劈裂压力随着小主应力的增加而变大,开孔孔径愈大则试样愈容易发生水力劈裂破坏。 (2)粘性土轴向压裂试验揭示土体的抗拉强度与含水率关系紧密,在干密度一定的前提下,抗拉强度随含水率的增加达到峰值,随着含水率的进一步增加,抗拉强度逐渐减小;在相同的制样含水率下,土体抗拉强度随着试样干密度的增加而变大。 (3)开孔试样水力劈裂包括应力累积和瞬间破坏阶段,模拟结果显示水力劈裂破坏是一个瞬间的过程,因而通过现有手段很难捕捉。通过对开孔试样数值模拟结果和试验值进行的比较说明,基于RFPA的水力劈裂理论作为在水力劈裂破坏过程研究中的初步探索有着较好的可行性。 (4)开缝试样水力劈裂过程包括三个阶段即应力累积阶段、逐步扩展阶段和瞬间破坏阶段,开缝试样的模拟结果进一步说明水力劈裂破坏是一个瞬时过程;对多孔水力劈裂问题的模拟发现非对称的孔隙水压力场对于裂缝发展方向有着一定的影响,因而可以利用其影响裂缝走向。 (5)通过对心墙水力劈裂影响因素的分析和研究,得到下述结论:劈裂破坏压力随心墙泊松比的增加而变大;增大心墙的弹性模量,可以适当提高心墙的抗水力劈裂能力;心墙密度越小,发生水力劈裂的可能性越大;加载速率愈快,预设裂缝越长,心墙愈容易发生水力劈裂破坏;心墙中上部发生水力劈裂的可能性大于心墙下部。