强震时，高土石坝顶部易出现心墙动强度不足问题。解决这一问题的有效方法是顶部心墙也采用掺砾土料。掺砾提高了心墙料的动强度，改善了心墙静应力状态，减少了其发生水力劈裂的可能性，也有阻止裂缝发展和便于施工等优点。但心墙掺砾提高了心墙分担地震剪应力的比例，降低了心墙适应变形的能力，增加了工程投资。目前由于心墙掺砾土料的动强度研究很少，特别是黏土握裹砾石结构的土体动力破坏机理分析严重滞后,导致实际工程中心墙顶部是否掺砾较难决策。本课题拟采用最新研制的可控围压粗粒土大型单剪仪，进行心墙掺砾土料的动强度试验，研究其大应变滞回圈的表达方式、能量耗散及增量耗散函数。然后基于热力学基本定律，讨论心墙掺砾土料的大应变变形与破坏机理，提出心墙掺砾土料的动力破坏阈值标准。该课题对推动土体动力破坏标准研究有重要意义，在土石坝抗震及公路工程中有广泛的应用前景。

强震时，高土石坝顶部易出现心墙动强度不足问题。解决这一问题的有效方法是顶部心墙也采用掺砾土料。掺砾提高了心墙料的动强度，改善了心墙静应力状态，减少了其发生水力劈裂的可能性，也有阻止裂缝发展和便于施工等优点。但心墙掺砾提高了心墙分担地震剪应力的比例，降低了心墙适应变形的能力，增加了工程投资。因此，顶部心墙是否掺砾及掺砾比例较难把握。 研究中比较了不同砾石含量土料的压实密度、渗透性能、压缩特性、抗剪强度及应力应变等工程特性。认为高心墙堆石坝土料合适的砾石含量范围宜为30%～40%，极限掺砾量不超过50%，掺砾量在20%以下效果不明显。 为了探究掺砾心墙土料的动力特性，对其分别进行静力和动力的三轴试验，研究了不同固结比、不同掺砾比例、不同循环应力比对掺砾土动强度特性的影响。试验结果表明: 动强度随固结应力比的增大先升高再降低，增大掺砾比例在一定程度上可以提高动强度，随着循环应力比增大动应变随振次增大速率变大且转折点较早出现。 运用统计方法，给出了堆石料动剪模量比衰减及阻尼比增长的平均曲线表达式。建立了反映筑坝土石料非线性和滞回性的变参数Ramberg-Osgood模型，讨论了模型参数及参考剪应变的计算方法。推导了堆石料的增量耗散函数表达式，在热力学基本定律的框架下，研究了堆石料的屈服函数，讨论了其动力变形机理和第2阈值应变。对进一步认识筑坝土石料动应力变形特性有重要意义。 Bouc-Wen模型可以模拟大应变时土体的强度和刚度退化特性。研究中讨论了大应变水平下阻尼调整的Bouc-Wen退化模型，分析了模型中各参数的物理意义及其对滞回圈的影响，探讨了Bouc-Wen土体动力模型的适用条件，采用遗传算法对Bouc-Wen土体动力模型的参数进行了辨识。构造了基于Bouc-Wen模型的耗散增量函数，结合某心墙坝工程，分析了屈服曲线的发展形态，研究了土体动力耗散特征及动力变形机理。最后基于掺砾土及反滤料动三轴循环试验，研究了Bouc-Wen模型在应力控制条件下考虑土体累积变形的动力特性等。 2100433B

本书针对掺砾土质心墙的应力变形进行了试验、理论和数值计算研究，提出了通过降低掺砾心墙料中细粒含量的办法达到缩短大三轴排水剪切试验时间的试验方法，以及提出了近似反映固结程度的总应力变形计算分析方法。编制了二维和三维有限元程序，以双江口土质心墙堆石坝为例进行了数值分析。分析了心墙水力劈裂的机理及判断方法。

前言

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究综述

1.2.1 土力学应力变形计算

1.2.2 总应力法变形计算

112.3 计算参数的室内试验

1.2.4 土石坝工程的研究进展

1.3 问题的提出

1.4 本书研究的主要内容

第2章 掺砾心墙料的大三轴排水剪试验方法研究

2.1 引言

2.2 试验研究方法和步骤

2.3 渗透系数与剪切控制速率

2.3.1 渗透系数与固结系数

2.3.2 固结系数公式的验证

2.3.3 固结系数与剪切控制速率

2.3.4 剪切控制应变速率的验证

2.4 降低细粒含量的百分比与渗透系数

2.4.1 试验仪器

2.4.2 试验土样的制备

2.4.3 降低细粒含量的百分比与渗透系数

2.5 降低细粒含量的百分比与剪切控制速率

2.5.1 关系表达式

2.5.2 双江口心墙料大三轴排水剪切速率的确定

2.5.3 双江口心墙料大三轴试验有限元数值模拟

2.6 降低细粒含量的大三轴排水剪试验方法

2.6.1 邓肯模型

2.6.2 降低试样细粒含量的试验方法和步骤

2.6.3 双江口心墙料降低细粒含量后试样的参数修正系数

2.7 讨论几个问题

2.8 本章小结

第3章 近似反映固结程度的总应力法计算理论

3.1 土石坝心墙计算的几种处理方法

3.2 近似反映固结程度的总应力法计算思路

3.3 应力变形计算理论

3.3.1 瞬间加载下的变形

3.3.2 荷载不变下的固结变形

3.4 计算参数的试验方法

3.5 二维/三维有限元计算程序

3.5.1 二维有限元计算程序

3.5.2 三维有限元计算程序

第4章 掺砾心墙料的固结不排水剪试验研究

4.1 试验土料及仪器

4.2 固结变形特征

4.3 应力应变曲线及邓肯模型参数

4.4 与饱和土的固结排水试验的比较

4.5 本章小结

第5章 近似反映固结程度的总应力法有限元计算

5.1 工程概况及计算参数

5.1.1 工程概况

5.1.2 有限元计算参数

5.2 二维有限元计算分析

5.2.1 土石坝的变形

5.2.2 土石坝的应力

5.2.3 土质心墙的应力变形

5.2.4 土质心墙的固结变形

5.3 三维有限元计算分析

5.3.1 土石坝的变形

5.3.2 土石坝的应力

5.3.3 土质心墙的固结变形

5.4 改进总应力法在水力劈裂分析中的应用

5.4.1 心墙水力劈裂机理

5.4.2 水力劈裂的总应力法分析

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献 2100433B

本项目针对超高土石坝的砾石土防渗料及其反滤料在很高且复杂的应力状态下是否会发生渗透破坏、坝体是否能够安全运行的问题，通过改造后的大型渗透仪和大型三轴试验仪，模拟坝体实际的高应力和复杂应力状态，研究砾石土防渗料和反滤料联合抗渗机理和防渗体开裂后的渗透破坏机理。通过对试验成果的综合分析，提出考虑应力状态时砾石土防渗料是否发生渗透破坏的判别方法以及各种形式裂缝是否能够自愈的判别方法。同时得出高应力和复杂应力状态对砾石土及其反滤料的抗渗性能的影响规律。. 研究成果将为超高土石坝砾石土及其反滤料的选择和设计提供理论依据，增加在高应力和复杂应力状态下砾石土及其反滤料联合抗渗机理以及裂缝冲刷机理方面的科学认识，为超高土石坝防渗体及其反滤料的渗流安全评价奠定基础，并为防止超高土石坝发生渗透破坏而导致坝体失事提供参考。 2100433B