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土工膜界面动力剪切特性数值模拟及应用

岑威钧 盛希璇 温朗昇

岑威钧,盛希璇,温朗昇. 土工膜界面动力剪切特性数值模拟及应用[J]. 水利水运工程学报,2021(2):103-108 doi:  10.12170/20200216002
引用本文: 岑威钧,盛希璇,温朗昇. 土工膜界面动力剪切特性数值模拟及应用[J]. 水利水运工程学报,2021(2):103-108 doi:  10.12170/20200216002
(CEN Weijun, SHENG Xixuan, WEN Langsheng. Numerical simulation of dynamic shear characteristics of geomembrane interface and its application[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(2): 103-108. (in Chinese)) doi:  10.12170/20200216002
Citation: (CEN Weijun, SHENG Xixuan, WEN Langsheng. Numerical simulation of dynamic shear characteristics of geomembrane interface and its application[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(2): 103-108. (in Chinese)) doi:  10.12170/20200216002

土工膜界面动力剪切特性数值模拟及应用

doi: 10.12170/20200216002
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51679073,51979089);水能资源利用关键技术湖南省重点实验室开放研究基金资助项目(PKLHD202004)
详细信息
    作者简介:

    岑威钧(1977—),男,浙江慈溪人,教授,博士,主要从事土工膜防渗与土石坝抗震方面的研究。E-mail:hhucwj@163.com

  • 中图分类号: TU41

Numerical simulation of dynamic shear characteristics of geomembrane interface and its application

  • 摘要: 利用改装的土石料大型剪切仪对土工膜-砂砾石界面开展循环剪切试验,获得土工膜界面在不同竖向压力下的滞回曲线、主干线和阻尼比曲线,建立相应的剪切劲度和等效阻尼比数学模型。在此基础上对循环剪切试验开展有限元数值模拟,所得计算结果与试验值总体吻合较好,合理反映了土工膜界面循环剪切过程的非线性和滞后性,验证了所建土工膜界面本构模型的正确性。进一步将模型应用于土工膜防渗土石坝的抗震分析中,计算得到的坝面土工膜的动位移、加速度、动主拉应变和动主拉应力符合一般规律,表明所建本构模型用于土工膜防渗土石坝抗震分析是正确可行的。
  • 图  1  土工膜-砂砾料界面阻尼比与剪切位移关系

    Figure  1.  Relationship between damping ratio and shear displacement of geomembrane-gravel interface

    图  2  土工膜-砂砾石界面的剪应力和剪切位移关系

    Figure  2.  Relationship between shear stress and shear displacement of geomembrane-gravel interface

    图  3  蓄水期土工膜位移分布(单位:cm)

    Figure  3.  Displacement distribution of geomembrane during water storage period (unit: cm)

    图  4  蓄水期土工膜静力主拉应变和主拉应力

    Figure  4.  Static principal tensile strain and stress of geomembrane during water storage period

    图  5  地震作用下坝面土工膜动位移包络图(单位:cm)

    Figure  5.  Dynamic displacement of geomembrane under earthquake (unit: cm)

    图  6  地震作用下坝面土工膜动主拉应力和动主拉应变包络图

    Figure  6.  Dynamic principal tensile stress and strain of geomembrane under earthquake

    图  7  静动力叠加后土工膜主拉应力包络图(单位:MPa)

    Figure  7.  Principal tensile stress of geomembrane after static and dynamic superposition (unit: MPa)

    表  1  坝料静动力计算参数

    Table  1.   Static and dynamic parameters of dam materials

    材料$\gamma $/(kN·m−3)$\varphi $/°$\Delta \varphi $/°$K$$n$${R_{\rm{f}}}$${K_{\rm{b}}}$$m$${K_{{\rm{ur}}}}$${K_{\rm{d}}}$${n_{\rm{d}}}$${\lambda _{\max }}$
    保护层 22.0 41.0 5.5 1 080 0.41 0.85 470 0.30 2 100 1 420 0.60 0.20
    垫层 23.0 46.5 5.2 1 150 0.45 0.92 510 0.32 2 200 1 680 0.65 0.22
    过渡层 22.5 45.8 6.2 1 050 0.40 0.88 460 0.24 2 000 1 550 0.63 0.25
    主堆 21.6 45.0 9.5 950 0.37 0.84 430 0.18 1 950 1 332 0.55 0.26
    次堆1 21.0 42.5 8.0 900 0.29 0.80 370 0.10 1 700 1 165 0.45 0.28
    次堆2 21.0 40.5 8.5 850 0.32 0.82 360 0.15 1 550 1 018 0.42 0.28
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-02-16
  • 网络出版日期:  2021-02-24
  • 刊出日期:  2021-04-27

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