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;壩型設(shè)計的基本剖面是上下游對稱的等腰梯形,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,具有很好的安全可靠性和經(jīng)濟性,同時也被稱為“無污染壩”,具有很好的競爭力和應(yīng)用前景。
　　本文在總結(jié)國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上,對膠凝砂礫石材料的

2、相關(guān)物理力學(xué)性能試驗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,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度的影響權(quán)重為膠凝用量、水膠比和細料含量;膠凝用量越大,材料的抗壓強度越大,最佳水膠比為1.2,細料含量在25％~30%時,材料的抗壓強度最大;最優(yōu)配合比為膠凝用量60 kg/m3、細料含量30%、水膠比1.2。
　　(2)通過齡期、含泥量和尺寸效應(yīng)試驗得到,膠凝砂礫石材料

3、的抗壓強度隨著齡期的延長而增大,隨著含泥量的增加而減小,當(dāng)含泥量大于5%時,抗壓強度減小較明顯;試件尺寸為250mm、最大粒徑為80mm的抗壓強度小于試件尺寸為150mm、最大粒徑為40mm的抗壓強度。
　　(3)針對最優(yōu)配合比進行試驗研究得到材料的泊松比為0.21,單軸抗壓強度為1.43MPa,彈性模量為7133MPa,滲透系數(shù)在10-4數(shù)量級,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階段,材料的強度受圍壓的影響較明顯,隨著圍壓的增大,材料的破壞強度也隨之增大;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度。
　　(5)擬定三種不同坡比,采用ABAQUS對膠凝砂礫石壩進行二維有限元分析,計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