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粗粒料的切线模量表达式与参数确定方法

傅中志 张意江 陈生水 袁静

傅中志, 张意江, 陈生水, 袁静. 粗粒料的切线模量表达式与参数确定方法[J]. 水利水运工程学报, 2019, (1): 1-10. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.01.001
引用本文: 傅中志, 张意江, 陈生水, 袁静. 粗粒料的切线模量表达式与参数确定方法[J]. 水利水运工程学报, 2019, (1): 1-10. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.01.001
FU Zhongzhi, ZHANG Yijiang, CHEN Shengshui, YUAN Jing. A tangential modulus model for coarse granular materials and the corresponding method for parameter identification[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019, (1): 1-10. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.01.001
Citation: FU Zhongzhi, ZHANG Yijiang, CHEN Shengshui, YUAN Jing. A tangential modulus model for coarse granular materials and the corresponding method for parameter identification[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019, (1): 1-10. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.01.001

粗粒料的切线模量表达式与参数确定方法

doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.01.001
基金项目: 

水利行业公益性专项经费项目 201501035

国家自然科学基金资助项目 51779152

国家自然科学基金资助项目 51539006

国家重点研发计划重点专项 2017YFC0404800

国家自然科学基金资助项目 U1765203

详细信息
    作者简介:

    傅中志(1984—),男,江苏南京人,高级工程师,博士,主要从事岩土与土石坝工程方面的科学研究与技术咨询工作。E-mail:fu_zhongzhi@yahoo.com

  • 中图分类号: TU43

A tangential modulus model for coarse granular materials and the corresponding method for parameter identification

  • 摘要: 运用两座250 m级高土石坝的实测沉降资料与有限元计算结果,分析了高土石坝的应变量级与应力水平,在此基础上分析了双曲线应力应变模型及其参数确定方法的合理性。研究表明,250 m级高土石坝竖直向应变量级可以达到5%,故常规三轴试验可以适应变形预测对应变范围的要求,但坝内应力水平普遍较低,与确定参数所用的高应力水平段试验数据不协调,从而给土石坝应力变形计算带来不确定性。为更充分地运用低应力水平时的试验结果,建议了应力应变数据的多项式拟合方法,提出一个新的切线模量表达式。对比研究表明,双曲线模型及其参数确定方法高估了等向压缩应力状态下粗粒料的初始切线模量;低估了剪切应力状态下粗粒料的切线模量。文中所提出的表达式可以更好地与应力应变试验结果相吻合,且参数的不确定性大为降低,为提高土石坝应力变形计算的可靠性奠定了基础。
  • 图  1  水布垭面板坝最大断面沉降监测结果(2010-04-22)(单位:m)

    Figure  1.  Settlement monitoring data at the maximum section in Shuibuya CFRD (2010-04-22)(unit: m)

    图  2  有限元计算的水布垭面板坝最大断面竖向应变分布云图

    Figure  2.  Contours of vertical strain at the maximum section in Shuibuya CFRD obtained by FEM simulations

    图  3  有限元计算的水布垭面板坝最大断面应力水平分布云图

    Figure  3.  Contours of stress level at the maximum section in Shuibuya CFRD obtained by FEM simulations

    图  4  糯扎渡心墙坝最大断面部分沉降监测结果(单位:m)

    Figure  4.  Some selected settlement monitoring data at the maximum section in Nuozhadu ECRD(unit:m)

    图  5  有限元计算的糯扎渡心墙坝最大断面竖直向应变分布云图

    Figure  5.  Contours of vertical strain at the maximum section in Nuozhadu ECRD obtained by FEM simulations

    图  6  有限元计算的糯扎渡心墙坝最大断面应力水平分布云图

    Figure  6.  Contours of stress level at the maximum section in Nuozhadu ECRD obtained by FEM simulations

    图  7  典型岩土工程的剪切应变分布

    Figure  7.  Strain ranges for typical geotechnical engineering

    图  8  双曲线模型参数确定与土石坝实际应力状态的偏差

    Figure  8.  Contradiction in parameter calibration and real states in earth and rockfill dams

    图  9  土石坝筑坝粗颗粒料的三轴压缩试验结果

    Figure  9.  Triaxial compression experiments on typical coarse granular materials in rockfill dams

    图  10  两种模型得到的初始模量与围压的关系

    Figure  10.  Relationships between initial modulus and confining pressure in two models

    图  11  两种筑坝粗颗粒料切线模量与应力水平的关系

    Figure  11.  Relationships between tangential modulus and stress level for two dam materials

    图  12  两种筑坝粗颗粒料切线模量与应力比的关系

    Figure  12.  Relationships between tangential modulus and stress ratio for two dam materials

    图  13  两种模量衰减函数的差异

    Figure  13.  Differences in modulus degradation functions

    表  1  基于两种坝料三轴压缩试验结果得到的拟合参数

    Table  1.   Fitting parameters obtained based on triaxial compression experiments on two dam materials

    坝料 围压σ3/MPa (σ1- σ3)f/MPa εf/% c1 c2 c3 c4
    堆石料 0.4 1.995 8.41 4.612 6 -9.196 1 8.632 2 -3.048 6
    0.8 3.727 10.66 3.902 7 -6.664 4 5.729 0 -1.967 2
    1.2 5.103 11.93 3.674 4 -5.988 3 4.908 1 -1.594 1
    2.0 7.804 12.09 3.057 0 -3.854 1 2.630 8 -0.833 6
    3.0 11.198 12.12 2.448 3 -2.381 2 1.431 5 -0.498 6
    砂砾石料 0.4 2.091 6.33 3.924 6 -6.221 2 4.631 5 -1.335 0
    0.8 3.752 7.93 3.297 4 -4.132 4 2.272 9 -0.437 8
    1.2 5.216 10.08 3.576 1 -4.718 1 2.522 4 -0.380 5
    2.0 8.096 9.85 2.245 8 -0.492 0 -1.961 2 1.207 4
    3.0 11.332 10.86 2.103 3 0.161 7 -2.770 7 1.505 6
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    表  2  运用不同应力水平段试验结果得到的拟合参数c1

    Table  2.   Obtained values of c1 based on different segments of triaxial compression experiments

    坝料 围压/MPa 拟合参数c1 |②-①|/①/‰
    ①: SL=0~1.0 ②: SL=0.1~1.0
    堆石料 0.4 4.612 6 4.626 0 2.9
    0.8 3.902 7 3.903 5 0.2
    1.2 3.674 4 3.682 7 2.3
    2.0 3.057 0 3.064 4 2.4
    3.0 2.448 3 2.453 8 2.2
    砂砾石料 0.4 3.924 6 3.960 8 9.2
    0.8 3.297 4 3.316 0 5.6
    1.2 3.576 1 3.598 5 6.3
    2.0 2.245 8 2.259 7 6.2
    3.0 2.103 3 2.125 3 10.5
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-10
  • 刊出日期:  2019-02-01

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