基于大型劣化三轴试验的高土石坝长期变形研究

Experience of high earth rockfill dam and a large number of data have indicated that the environmental changes caused the additional deformation of the dam during the long service. Under the condition of environmental change,the deterioration of rockfills and the long term deformation mechanism are unknown,so it is not accurate to evaluate the long service performance of high earth rockfill dam.Using the first large-scale deterioration three axis simulate the deterioration process of rockfills under different environmental conditions,study on the rockfill materials of the deterioration,fragmentation,strength,deformation and rheology of the caused by environmental conditions,reveal the deterioration of rockfill materials and the mechanism of long deformation of earth rockfill dam caused by environmental changes.On the basis of the rheological model of Shen Zhujiang, introduced and determine the parameters of the rheological model for the deterioration of rockfills.Modify the parameters through the prototype observation datas, and propose a rheological model for the deterioration of the earth rockfill dam.Predict the deformation and ensure the safety of long term service performance of earth rockfill dam under severe environment.Research production will improve the long term safety evaluation level of high earth rockfill dam and provide the basic theory support for the high earth rockfill dam in service period.

高土石坝工程建设经验及大量调查资料均表明，大坝长期服役期内，环境变化引起坝体附加后期变形增大。环境变化条件下堆石料劣化及土石坝长期变形机理不明，就无法准确评价高土石坝的长期服役性能。传统的流变仪或小型风化仪无法真实反映坝体堆石料的劣化全过程，利用研发成功的首台大型劣化三轴仪，模拟实际应力状态不同环境（低温、高温、干湿循环、温度循环）条件下堆石料的劣化过程，研究因环境条件改变引起的堆石料颗粒劣化破碎、强度、变形、流变速率等的变化规律，揭示环境改变造成的堆石料劣化及土石坝长期变形机理；在沈珠江三参数流变模型的基础上，引入并确定堆石料劣化流变模型参数，改进并提出一个可考虑堆石料劣化的土石坝劣化流变模型，提高恶劣环境下超高土石坝长期变形预测精度，保证土石坝长期服役安全。为提升高土石坝长期安全性评价水平和保障服役期内高土石坝的长效安全稳定提供基础理论支撑。

西部高寒高海拔地区高土石坝，因温度、冻融等引起的土石坝变形增大现象严重，通过改造大型冻融循环三轴仪、研发冻融循环渗透系数试验仪，分别开展了堆石料和掺砾石心墙料的温度及冻融循环试验，取得的主要研究成果如下：.1）成功研发了国内首台粗颗粒料冻融循环大型三轴试验设备，研发的相应试验方法入编粗粒土试验规程团体标准。该设备可开展温度在-20℃-40℃之间的粗颗粒料冻融循环试验，并可实时获取试验过程中试样内部温度，为粗颗粒料的冻融劣化变形试验提供了新的技术手段。.2）试验表明，冻融循环作用导致堆石料颗粒自身强度有所降低、颗粒破碎现象稍有加重，进而导致试样整体强度和弹性模量降低、体变量增大，为高寒区已建堆石坝的长期变形增大提供了科学参考。.3）采用研发的冻融循环渗透试验仪开展掺砾石心墙料渗透系数试验，发现掺砾石心墙料随着掺砾石量的增加，心墙料的渗透系数逐渐增大；冻融循环导致掺砾石心墙料的有效损伤率发生变化，进而引起渗透系数的变化；揭示了掺砾石心墙料渗透系数随掺砾石量和冻融循环次数的变化规律，初步建立了掺砾石土料冻融有效损伤率与渗透系数之间的宏—细观关系。.4）采用“一个屈服面、两个流动准则”的假定，基于弹塑性理论推导了统一模拟土石材料加载变形与流变的弹塑性模型的一般表达式，通过确定流动方向、加载方向、加载塑性模量、流变塑性模量等变量建立了一个模拟土石材料加载与流变的弹塑性本构模型，考虑坝料施工期流变，成为解决现行模型低估特高土石坝竣工期沉降问题的有效途径，在特高土石坝竣工期、长期安全等方面具有广泛的应用前景。