目前我国土工膜防渗工程设计依然以单轴拉伸试验结果为依据，但土工膜在堆石坝面防渗结构中的受力状态多为双向甚至多向拉伸，土工膜在双向拉伸下的力学性能与单向拉伸相差较大；而土工膜在双向受力状态下的力学特性研究尚不多见。本项目采用十字形和圆筒形双轴拉伸试验方法对土工膜的力学特性进行了系统深入的研究。首先通过大量探索和研究，分别建立了十字形和圆筒形土工膜双向拉伸试验方法；其次，针对几种土工膜进行了一系列的双向拉伸试验，获得不同双向应力状态下土工膜力学性能参数及应力应变关系；再次，通过对双向拉伸试验结果进行对比分析，提出了能描述不同土工膜真应力应变关系的本构模型，并通过相应的试验数据对本构模型的合理性和可靠性进行了验证；最后，对相同土工膜进行单轴拉伸试验，通过对比分析单、双向拉伸试验结果，建立了单、双向拉伸状态下力学特性之间的关系，并通过试验数据进行了验证。本项目研究成果为工程设计提供一定的理论基础和依据。 2100433B

目前我国土工膜防渗工程设计依然以单轴拉伸试验结果为依据，但土工膜在堆石坝面防渗结构中的受力状态多为双向甚至多向拉伸，土工膜在双向拉伸下的强度、延伸率及变形模量等力学性能与单向拉伸相差较大；而土工膜在双向受力状态下的力学特性研究尚不多见。本课题拟用十字形双轴拉伸试验方法对土工膜的力学特性进行研究。首先通过设计最优的十字形试样及夹具，探索土工膜的真应变的图像测试技术，从而建立一套成熟的土工膜十字形双轴拉伸试验方法；然后在不同拉伸速率、环境温度以及复杂加载路径下进行土工膜双轴拉伸试验，获得双向应力状态下土工膜力学性能参数及多种因素作用下土工膜双向应力应变关系模型；并运用数值模拟和力学理论对模型进行验证；最后，用单轴拉伸试验进行相同条件的试验，并试图建立一种用常规单轴拉伸试验来描述模拟土工膜双向应力状态下力学行为的方法。本课题旨在为土工膜的工程应用和研究提供理论基础和依据。

深覆盖层上堆石坝面膜防渗体具有适应差异变形能力强、施工期短、造价低、节约土地及低碳环保等优点。然土工膜与接触材料界面力学特性尚未揭示，坝面防渗结构设计、稳定性分析及土工膜应力变形计算尚无据可依。本项目采用接触面剪切试验、理论推导、数值分析和模型试验结合的方法对深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体界面力学特性进行了系统研究。取得主要成果如下： （1）运用斜板仪和直剪仪试验对坝面防渗结构中不同土工膜与垫层材料界面力学特性特性进行了试验研究，获得了不同土工膜与垫层界面的抗剪强度随法向压力、垫层类型、垫层表面粗糙度等因素影响下的变化规律及特性，揭示了土工膜界面受力变形特性及破坏模式。 （2）运用改进拉拔试验方法对坝基锚固部位复合膜-散粒体垫层界面应力变形特性及分布规律进行研究；开展了锚固部位土工膜受拉变形特征及破坏机理的结构模型试验研究。提出了能考虑土工膜变形影响的界面拉拔试验方法，并通过系统试验重点揭示了上覆压力、土工膜埋深及拉拔速率等因素对界面剪切变形及强度特性的影响规律，以及土工膜沿拉拔界面受力变形分布规律及拉伸变形破坏机理。 （3）综合土工膜界面力学特性试验结果及理论推导建立了土工膜界面本构模型。提出了坝面防渗结构稳定性分析方法；进行了复合膜-散粒体垫层界面本构模型研究及其在FLAC3D软件中的二次开发，在此基础上提出了高堆石坝土工膜防渗结构受力变形数值计算方法，并结合工程实例对深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体受力变形特性及破坏机理进行了数值分析。研究成果为深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体设计与安全评价提供了理论基础和依据。 2100433B

深覆盖层上堆石坝面膜防渗体具有适应差异变形能力强、施工期短、造价低、节约土地及低碳环保等优点。然土工膜与接触材料界面力学特性尚未揭示，坝面防渗结构设计、稳定性分析及土工膜应力变形计算尚无据可依。本项目拟用界面斜板仪及拉拔试验、理论推导、数值分析和模型试验结合的方法对深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体界面力学特性进行研究。首先，运用斜板仪对坝面防渗结构复合膜与保护层、垫层界面短期及考虑纤维蠕变效应下长期强度特性和失稳破坏机理进行研究；其次，运用改进拉拔试验方法对坝基锚固部位复合膜-散粒体垫层界面应力变形特性及分布规律进行研究；再次，综合试验结果及理论推导建立坝面防渗结构界面抗剪强度模型及坝基锚固部位土工膜界面本构模型；最后，提出坝面防渗结构稳定性分析方法；通过二次开发实现锚固部位土工膜应力变形计算与分析并用模型试验进行验证。本项目旨在为深覆盖层上高堆石坝面膜防渗体设计与安全评价提供理论基础和依据。

第1章 绪论　1

1.1　概述　/ 2

1.1.1　混凝土斜拉桥的发展概况　/ 2

1.1.2　折线塔斜拉桥的发展概况　/ 3

1.2　斜拉桥主要力学特性的研究现状　/ 7

1.2.1　斜拉桥主塔力学特性研究现状　/ 7

1.2.2　斜拉桥索力研究现状　/ 8

1.2.3　斜拉桥主梁研究现状　/ 8

1.2.4　斜拉桥抗震性能研究现状　/ 11

1.3　单索面PC折塔斜拉桥主要力学特性的研究现状　/ 12

1.4　本书研究的目的及意义　/ 13

1.5　本书主要研究内容　/ 14

第2章 单索面PC折塔斜拉桥力学特性的模型试验研究　16

2.1　模型设计及制作　/ 17

2.1.1　模型的设计　/ 17

2.1.2　模型制作及安装　/ 20

2.1.3　恒载补偿　/ 21

2.2　模型试验的内容　/ 21

2.2.1　试验荷载工况及测试内容　/ 21

2.2.2　测试系统及测点布置　/ 22

2.2.3　测试仪器　/ 22

2.3　模型试验结果　/ 23

2.3.1　施工阶段试验结果　/ 24

2.3.2　成桥阶段试验结果　/ 32

2.4　试验结果分析　/ 35

2.4.1　施工阶段试验结果分析　/ 35

2.4.2　成桥阶段试验结果分析　/ 37

2.5　本章小结　/ 38

第3章 单索面PC折塔斜拉桥主塔力学特性的研究　40

3.1　单索面PC折塔斜拉桥主塔受力特点及构造设计　/ 41

3.1.1　单索面PC折塔斜拉桥主塔的受力特点　/ 41

3.1.2　主塔断面形式及斜拉索锚固区的构造设计　/ 42

3.2　主塔拉索锚固区应力分析有限元基本理论　/ 44

3.2.1　钢筋混凝土材料的本构关系　/ 44

3.2.2　混凝土的破坏模型　/ 46

3.2.3　钢筋混凝土结构有限元模型的选择　/ 47

3.3　单索面PC折塔斜拉桥主塔锚固区有限元分析及结果比较分析　/ 49

3.3.1　锚固区节段数值计算模型　/ 50

3.3.2　节段模型试验　/ 51

3.3.3　拉索锚固区有限元计算及模型试验结果分析　/ 55

3.4　单索面PC折塔斜拉桥主塔整体空间有限元分析　/ 59

3.4.1　空间有限元计算模型的建立　/ 59

3.4.2　主塔整体空间有限元计算结果分析　/ 62

3.5　本章小结　/ 65

第4章　单索面PC折塔斜拉桥索力确定的研究　67

4.1　斜拉桥成桥恒载索力的优化方法　/ 68

4.1.1　指定受力状态的索力优化方法　/ 68

4.1.2　斜拉索力的无约束优化方法　/ 69

4.1.3　斜拉索力的有约束优化方法　/ 70

4.2　斜拉桥合理施工状态斜拉索初张力的确定方法　/ 71

4.2.1　倒拆法　/ 71

4.2.2　正装-倒拆迭代法　/ 72

4.2.3　正装迭代法　/ 72

4.3　单索面PC折塔斜拉桥成桥恒载索力确定的研究　/ 72

4.3.1　单索面PC折塔斜拉桥成桥恒载状态静力平衡特征分析　/ 73

4.3.2　单索面PC折塔斜拉桥成桥恒载索力的确定方法　/ 77

4.4　单索面PC 折塔斜拉桥合理施工状态斜拉索初张力的确定方法　/ 82

4.4.1　单索面PC折塔斜拉桥施工阶段初张力的确定原则　/ 83

4.4.2　单索面PC折塔斜拉桥施工流程的确定　/ 84

4.4.3　单索面PC折塔斜拉桥施工阶段受力状态仿真计算　/ 85

4.5　本章小结　/ 90

第5章 单索面PC折塔斜拉桥主梁剪力滞效应的研究　91

5.1　单索面PC折塔斜拉桥有限元分析模型　/ 92

5.1.1　主梁的模拟　/ 92

5.1.2　拉索的模拟　/ 94

5.1.3　主塔的模拟　/ 94

5.2　单索面PC折塔斜拉桥有限元分析模型的建立　/ 95

5.2.1　主要材料及力学指标　/ 95

5.2.2　有限元模型的假定　/ 95

5.2.3　有限元分析模型的建立　/ 96

5.3　单索面PC折塔斜拉桥主梁剪力滞效应分布规律　/ 96

5.3.1　单索面PC折塔斜拉桥主梁剪力滞系数讨论　/ 96

5.3.2　单索面PC折塔斜拉桥主梁剪力滞效应沿纵桥向有限元分析　/ 98

5.3.3　单索面PC折塔斜拉桥主梁剪力滞效应沿纵桥向变化规律　/ 108

5.4　本章小结　/ 111

第6章 单索面PC折塔斜拉桥抗震性能研究　112

6.1　动力特性分析　/ 114

6.1.1　动力分析模型的建立　/ 114

6.1.2　动力特性结果及分析　/ 115

6.2　地震响应反应谱分析　/ 117

6.2.1　反应谱方法及其原理　/ 117

6.2.2　反应谱抗震分析　/ 120

6.2.3　反应谱内力响应结果及分析　/ 122

6.3　地震响应时程分析　/ 125

6.3.1　动力方程的建立　/ 125

6.3.2　增量动力平衡方程及其求解方法　/ 127

6.3.3　地震动输入与调整　/ 128

6.3.4　富民桥动态时程分析　/ 132

6.4　本章小结　/ 141

主要参考文献　143 2100433B