针对土石坝粗粒料湿化变形研究进展

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1、土石坝粗粒料湿化变形研究进展魏松朱俊高王俊杰（河海大学岩土工程研究所江苏南京210024）摘要：介绍土石坝粗粒料湿化变形研究的进展，对湿化变形的机理、试验方法及影响因素、数学模型与数值模拟等进行了总结和分析，同时指出了湿化变形研究存在的问题，并就其中的一些问题进行了初步讨论。关键词：粗粒料湿化变形数学模型数值模拟1前言近十几年，我国的土石坝工程得到了较大发展，尤其高土石坝，目前在建和拟建的高100~200米量级的土石坝已有10座以上。随着西部大开发的逐步深入，土石坝因其对复杂地质条件的良好适应性将成为未来数十年的重要坝型。在高土石坝的设计中，粗粒料的蓄水湿化变形是急需解决的重要问题之一。

2、在国外，20世纪60~80年代是土石坝建设高峰，不少学者对土石坝蓄水湿化变形进行了研究，获得了不少研究成果。但上世纪80年代以后，由于土石坝建设较少，很少有人从事土石坝湿化变形的研究。国内方面，在20世纪80年代随着天生桥、小浪底等高土石坝的兴建掀起了这方面研究的小高潮，取得了一些成果，同时在工程中得到了一定的应用。进入90年代后，该方面研究进入了一个相对停滞期。同时，实践表明，目前的已有研究成果已经不能很好的解决工程实际情况，在湿化变形的机理、试验方法、影响因素、数学模型与数值模拟等方面都存在一些需要进一步深入研究的问题。2湿化变形的研究内容带格式的:行距:单倍行距,不对齐到网格2.1

3、湿化变形的机理对于湿化变形的研究，首先是从湿陷性黄土开始的。在粗粒料作为土石坝建筑材料的初期，人们认为坚硬的岩石粗粒料在浸水时不会产生多少可观的湿化变形，是可以忽略的。随着一些高土石坝的建成，人们逐渐发现当土石坝蓄水时，在浮力的作用下上游浸水坝壳粗粒料并未发生上抬现象，而是出现了下沉。经过分析，人们认识到，粗粒料也会发生类似湿陷性黄土的湿化变形。正是由于湿化变形的存在，不仅抵消了浮力的上抬变形，而且还出现了不同程度的下沉现象。湿化变形是客观存在的现象。对于湿化变形的定义，不同学者定义大致相同。所谓粗粒[1][2][3][4][5]料的湿化变形，是指粗粒料在一定的应力状态下浸水，由于颗粒之

4、间被水润滑以及颗粒矿物浸水软化等原因而使颗粒发生相互滑移、破碎和重新排列，从而发生变形，并使土[6]体中的应力发生重分布的现象。这种变形是在应力状态不变时，土由干变湿所发生的变形。[7]对于粗粒料湿化变形的机理，大多学者认同以上观点。沈珠江在提出的广义吸力理论、广义有效应力原理、稳定孔隙比和稳定状态原理的基础上，提出了研究土体湿化变形的吸力丧失规律，可同时研究土体的湿陷和湿胀。2.2湿化变形的试验方法及影响因素目前，对于粗粒料湿化变形的试验研究，主要是在常规试验仪器上进行湿化试验。试验方法主要有单向压缩湿化试验、各向等压下的湿化试验、常规三轴湿化试验。按照“单线法”[1][1][8]和“

5、双线法”的思路进行不同应力状态下的浸水湿化，测定湿化变形。李广信曾经进平面应变条件下的湿化试验。不同的试验方法都表明影响湿化变形的因素很多。不同学者从不同方面进行了研究。[9][9][10]Anthiniac等认为，湿化变形的影响因素包括内因和外因，内因主要有岩石的破度、颗粒形状、矿物成份、密度、级配、含水量、细粒含量及内摩擦角等，外因主要有应力[10][10][11]状态、应力路径、时间等。Ordemir针对冲积层地基进行了室外和室内湿化试验，指响湿化的因素包括初始含水率、初始干密度、细粒含量、级配均匀度、最大颗粒尺寸、骨料类型、加荷方式及应力水平、湿化时间。单向压缩湿化试验表明：浸水

6、初期湿化变形速率较[11][11][12]大，随着时间的延长，湿化变形速率逐渐减小，最后基本稳定。Kast等针对不同风度的堆石料进行了试验，结果表明：在给定的常荷载下浸水，土体产生湿化沉降，其沉降值[12][12][13]等于干、饱和试样在相同荷载下的沉降差。Hayashi针对堆石料进行试验，认为湿化与初始含水率、初始孔隙比关系密切，同时指出了湿化与二者的关系式。[2][13][13][14]保华富、屈智炯通过对天生桥电站A料及鲁布革电站B料的等压和剪切湿化试究，认为：浸水时间是影响湿化变形及其发展的一个重要因素；细粒含量、初始含水量、干[6]密度是影响湿化变形的主要因素。李广信进行了不

7、同矿物成分、不同密度、不同相似比例模拟试样的湿化试验，认为相似比例越小湿化变形越大，同时密实样的湿化变形存在明显各[5]向异性。王辉通过试验发现，由于颗粒的破碎作用土样在较弱湿化时还有湿胀发生。左元[1][1][15]明、沈珠江进行了浸水时间、细粒含量、不同密度和围压对浸水变形的影响研究。结明：细粒含量、干密度是影响浸水变形及其发展的重要因素，浸水变形稳定时间与应力状态[14][14][16]几乎无关。殷宗泽也指出了湿化试验时尺寸效