干湿循环作用下水电工程高边坡长期变形分析

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我国西南地区建设了大量的水电工程,西南地区的地形使得多数的水电工程具有高陡的岩石边坡,水电站库区高边坡在运行期受库水位涨落的影响,边坡岩石反复经历干燥与饱和的“干湿循环”过程,岩石的物理及力学性质可能会发生显著的变化,特别是岩石蠕变特性的变化,将严重影响边坡工程的安全稳定性。本文以水电工程岩石边坡为研究背景,研究枢纽区高边坡在“干湿”循环作用下的长期变形特性及稳定性演化过程。主要研究成果如下:(1)在西原模型的基础上串联本文提出的非线性阈值元件,建立了可以全面描述岩石蠕变全过程特性的非线性蠕变模型(RNVPM模型)。基于岩石蠕变全过程特性,本文提出了一种带应变阈值的非线性阈值元件,来描述岩石的非线性加速蠕变过程,当岩石蠕变位移大于非线性阈值元件的阈值位移时,非线性阈值元件触发产生非线性位移,岩石将进入加速蠕变阶段。(2)基于RNVPM模型,建立了考虑干湿循环作用的岩石三轴、剪切蠕变本构模型,阐明了干湿循环作用次数对岩石蠕变特性的影响。根据蠕变参数辨识结果,得到岩石在干湿循环作用的影响下,蠕变参数呈现负指数劣化的规律。干湿循环初始阶段对岩石蠕变参数劣化效果更为显著,随着干湿循环次数的增加,蠕变参数的劣化效应越小。对非线性阈值元件的蠕变参数敏感性进行研究,结果表明非线性阈值元件的黏滞系数与指数参数对岩石的非线性蠕变特性的影响显著。基于泥岩的剪切蠕变进行曲线拟合及参数辨识,验证了岩石非线性剪切蠕变本构模型的适用性。(3)完成了RNVPM模型在FLAC3D中的二次开发,成果应用于锦屏一级水电站左岸边坡的长期变形分析。模拟了水位升降条件下枢纽区边坡的蠕变变形及应力场演化,研究结果表明在不同水位升降次数下的影响下,边坡主应力分布变化较小,但干湿循环对边坡蠕变位移有较为显著的影响,边坡的蠕变位移逐渐增加,但尚处于稳定蠕变阶段。研究结果对水库岸坡工程的长期稳定性分析评价具有一定指导意义。
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