水库蓄水初期某拱坝坝肩岩体变形机制研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lincystar
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目前,采用数值模拟的手段对高拱坝坝肩岩体的应力变形情况进行计算时,大多采用理想弹塑性本构模型,但由于理想弹塑性模型无法反映出岩石的峰后应变软化特征,得到的应力、位移、塑性区等计算结果往往不够准确,以至于无法更准确的揭示高拱坝坝肩岩体的变形机制。为了解决上述问题,本文选取某拱坝坝肩玄武岩岩块,开展库水渗透压对岩块强度、变形参数影响的单轴、三轴压缩试验;基于试验测得的玄武岩岩块强度、变形参数演化规律和应力应变关系,以FLAC3D为平台,采用内置的fish语言进行本构模型的二次开发,建立既能体现玄武岩强度、变形参数的劣化特征,又能够同时反映峰后应变软化特征的玄武岩应变软化本构模型;建立某水电站三维数值网格模型,分别采用理想弹塑性本构模型和玄武岩峰后应变软化模型对坝肩岩体的应力、变形以及塑性区分布情况进行预测分析;基于上述研究成果,探讨初期蓄水荷载条件下坝肩岩体的变形机制。研究获得的结果如下:(1)某拱坝坝肩玄武岩岩块受渗透压作用后,强度、变形参数劣化较为明显,与初始干燥样相比,2MPa渗透压作用后试样的峰值抗压强度(0MPa、3MPa、6MPa、9MPa)分别劣化了35.48%、32.52%、26.10%、29.05%,黏聚力和内摩擦角分别劣化了27.68%、5.58%,弹性模量(0MPa、3MPa、6MPa、9MPa)分别劣化了30.91%、30.8%、28.51%、26.71%。(2)经历不同渗透压作用后的玄武岩岩块,残余阶段的强度、变形参数与弹性阶段相比均有所下降,残余抗压强度在围压为3MPa、6MPa、9MPa条件下的变化范围分别为45.98MPa54.28MPa、63.08MPa76.55MPa、80.92MPa95.87MPa,残余弹性模量在3MPa、6MPa、9MPa围压条件下的变化范围分别为1.92GPa2.64GPa、3.19GPa3.73GPa、3.18GPa4.41GPa,残余黏聚力和残余内摩擦角的变化范围分别为3.16MPa7.37MPa,42.93°54.39°。(3)根据玄武岩岩块的应力应变曲线和强度、变形参数随渗透压增加的演化关系,建立玄武岩峰后应变软化本构模型,通过数值试验对本构模型进行验证表明:数值试验与室内三轴压缩试验的应力应变曲线吻合良好,该模型能够很好的反映玄武岩的峰后应变软化特征。(4)采用玄武岩峰后应变软化模型后,与理想弹塑性模型相比,坝肩岩体的最大主应力、最小主应力略有减小,塑性区的范围有所增大,位移显著增大。采用玄武岩峰后应变软化模型对高拱坝坝肩岩体的变形情况进行预测时,获得的结果更为准确。(5)初期蓄水荷载条件下,未屈服破坏的坝肩岩体承载能力较高,随着库水位的逐渐上升,拱坝推力的增大必然导致岩体的变形增大;屈服破坏后,岩体的强度、变形参数下降,导致其承载性能有所下降,与未屈服破坏的岩体相比,在相同的荷载作用下产生的变形更大。
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