膠凝砂礫石材料物理力學(xué)性能研究及有限元分析.pdf

1、膠凝砂礫石壩簡(jiǎn)稱CSG壩,筑壩材料是在砂礫石料中摻入一定量的膠凝材料和水簡(jiǎn)易拌合而成的膠凝砂礫石材料,這種材料具有取材廣、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn);壩型設(shè)計(jì)的基本剖面是上下游對(duì)稱的等腰梯形,坡比取值范圍在1:0.5~1:1之間,壩體依靠上游面板防滲,兼有混凝土面板堆石壩和混凝土重力壩兩種壩型的優(yōu)點(diǎn),具有很好的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)也被稱為“無(wú)污染壩”,具有很好的競(jìng)爭(zhēng)力和應(yīng)用前景。
　　本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上,對(duì)膠凝砂礫石材料的

2、相關(guān)物理力學(xué)性能試驗(yàn)及有限元分析較系統(tǒng)的研究,得到以下結(jié)論:
　　(1)通過三因素五水平正交試驗(yàn),采用極差分析和投影尋蹤回歸分析,得到膠凝砂礫石材料抗壓強(qiáng)度的影響權(quán)重為膠凝用量、水膠比和細(xì)料含量;膠凝用量越大,材料的抗壓強(qiáng)度越大,最佳水膠比為1.2,細(xì)料含量在25％~30%時(shí),材料的抗壓強(qiáng)度最大;最優(yōu)配合比為膠凝用量60 kg/m3、細(xì)料含量30%、水膠比1.2。
　　(2)通過齡期、含泥量和尺寸效應(yīng)試驗(yàn)得到,膠凝砂礫石材料

3、的抗壓強(qiáng)度隨著齡期的延長(zhǎng)而增大,隨著含泥量的增加而減小,當(dāng)含泥量大于5%時(shí),抗壓強(qiáng)度減小較明顯;試件尺寸為250mm、最大粒徑為80mm的抗壓強(qiáng)度小于試件尺寸為150mm、最大粒徑為40mm的抗壓強(qiáng)度。
　　(3)針對(duì)最優(yōu)配合比進(jìn)行試驗(yàn)研究得到材料的泊松比為0.21,單軸抗壓強(qiáng)度為1.43MPa,彈性模量為7133MPa,滲透系數(shù)在10-4數(shù)量級(jí),介于混凝土與砂礫石材料之間,其力學(xué)性能更接近混凝土。
　　(4)通過三軸試驗(yàn)得

4、到了材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線存在線性、非線性直至軟化三個(gè)階段,材料的強(qiáng)度受圍壓的影響較明顯,隨著圍壓的增大,材料的破壞強(qiáng)度也隨之增大;在體應(yīng)變與軸應(yīng)變關(guān)系曲線中存在先剪縮后剪脹的特征;材料的粘聚力和內(nèi)摩擦角隨材料的應(yīng)力狀態(tài)變化而變化,且具有較大的抗剪強(qiáng)度。
　　(5)擬定三種不同坡比,采用ABAQUS對(duì)膠凝砂礫石壩進(jìn)行二維有限元分析,計(jì)算得到大壩在竣工期和滿蓄期的位移、應(yīng)力、應(yīng)變及應(yīng)力水平的變化規(guī)律,即均隨著坡比的增大而增大;并著重分析