摘要：将态型近场动力学理论引入水力劈裂问题的模拟。构建了能反映岩土类材料准脆性断裂特征的态型近场动力学本构模型,并在物质点间相互作用力模型中加入等效水压力项,以实现在新生裂纹面上跟踪施加水压力。同时,考虑裂纹面间的接触,引入物质点间的短程排斥力作用,并设计了相应的接触算法。通过自编程序将模型和算法应用于含初始裂纹、不含初始裂纹以及含坝基软弱结构面的混凝土重力坝在高水头作用下的水力劈裂过程模拟,并与扩展有限元等模拟结果对比,验证了本文模型和算法的可行性和准确性。

摘要：利用无单元法追踪裂纹扩展的优势研究模拟岩体水力劈裂的数值分析模型。定义损伤变量以描述岩体的损伤程度对岩体渗透性和强度的影响,建立了岩体水力劈裂的应力-渗流-损伤耦合分析模型,并编制了基于无单元法的计算程序。综合考虑应力、渗流及损伤之间的相互作用影响,分析了具有初始裂纹的岩体平面应力模型的裂纹扩展过程,指出考虑渗流作用时的裂纹扩展角大于不考虑渗流作用时的裂纹扩展角。同时,裂纹内水压力和渗流的作用对于裂纹的扩展方向和扩展长度具有较大的影响。

摘要：本文采用改进后的楔形劈拉试验密封装置进行了有(无)水压作用下的混凝土(水力)劈拉试验。设计的密封装置通过特制的夹具、硅胶板来实现密封水的作用,以承受施加在混凝土试件预制缝的外部水压力。试验表明,本文设计的密封装置对混凝土试件断裂参数的影响相对较小。根据预埋在裂缝尖端水压力传感器记录的数据,拟合并总结出混凝土试件缝面水压力在不同阶段的分布情况及一般规律。试验结果表明,不论是慢速加载还是快速加载,当水稳定进入裂缝时,缝面水压分布曲线主要由直线段和抛物线段两部分组成;慢速张开情况下裂缝口的水有足够的时间流入裂缝内,快速张开时缝内水的运动明显有滞后性。当慢速与快速加载作用达到相同的裂缝张开宽度时,慢速加载时缝面水压力是快速张开情况下的2~3倍。外水压对混凝土楔形劈拉失稳荷载影响较大,随着外水压的增大,试件的失稳荷载明显减小;快速加载下,失稳荷载比慢速加载时要有所增大。水力劈裂试件的扩展裂缝形状比较平直,而无水压作用时,试件劈裂扩展裂缝形状则有较多的曲折。

摘要：水力劈裂是200 m以上高混凝土坝、高碾压混凝土坝需要重点关注的安全隐患。为深入研究高混凝土坝的水力劈裂机理,研发了一种新型混凝土高压水劈裂试件,利用该试件进行了相同条件下水力劈裂及气压劈裂对比试验。研究表明,在静态加压条件下,混凝土发生破坏的水力劈裂水压显著大于气压劈裂的气压,混凝土断裂过程区中水的表面张力对裂缝扩展有抵抗作用。基于试验,提出了水表面张力抵抗劈裂作用的表达式,利用混凝土断裂力学中的裂纹尖端应力强度因子法,构建了考虑水表面张力作用的混凝土水力劈裂模型,该模型计算结果与试验结果吻合良好。应用水表面张力模型分析200 m级重力坝水力劈裂影响,可进一步改进考虑高压水劈裂的特高混凝土坝设计。

摘要：针对土石坝心墙土在初次蓄水前为饱和度高于80%的非饱和土,提出了研究心墙水力劈裂问题的非饱和土固结简化计算的有效应力分析方法。该方法不仅可反映孔隙中气体对水压上升的影响,还可合理分析心墙土的渗透性、初始饱和度和蓄水速度等心墙水力劈裂的影响因素。以糯扎渡堆石坝为例,研究发现:填筑竣工时,尽管心墙中部水压很高,但心墙仍处于非饱和状态;初次蓄水时,上游水压力不能及时渗入心墙内部,形成了心墙内外的水压力突变,可导致心墙水力劈裂的发生。同时研究发现:提高心墙的渗透系数、提高心墙填筑土的初始饱和度、在初次蓄水时,放慢蓄水速度等均可防止心墙水力劈裂的发生。因此非饱和土固结简化计算的有效应力方法分析水力劈裂问题是合理的,它可为实际心墙土石坝预防水力劈裂问题提供科学依据,并可进一步提高土石坝设计水平。

摘要：考虑裂隙水流与岩体开裂之间的相互作用,在含裂隙单元的附加节点上引入反映裂隙局部特性的附加函数,然后基于考虑裂隙面水压力作用的虚功原理,推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的控制方程,给出了裂隙水流与岩体开裂相互作用的扩展有限元实现方法,并采用该方法对岩石试件与压力隧洞在裂隙水压作用下的开裂过程进行了数值模拟。数值计算结果表明:岩石试件裂纹内水压变化规律与试验结果相吻合;裂隙长度较小时,裂隙的存在对压力隧洞周围岩体应力、位移场的影响较小,随着裂隙的扩展,其影响范围将逐步扩大;水力劈裂对隧洞的径向位移影响较小,而对环向位移的影响较大,考虑水力劈裂耦合分析得到的环向位移要大于不考虑裂隙内水压分析得到的结果。

摘要：采用三维非线性有限元法对新疆某沥青混凝土心墙堆石坝进行了应力变形分析,计算中采用邓肯E-B模型作为坝体及心墙的本构模型,对大坝施工和蓄水过程进行了模拟,并采用线弹性断裂力学方法对沥青混凝土心墙是否会发生水力劈裂破坏进行了判定分析。计算结果表明,坝体和心墙应力变形均处在合理范围之内,但心墙中存在一定的拱效应,需要研究其发生水力劈裂的风险。基于线弹性断裂力学理论建立了沥青混凝土心墙水力劈裂判定准则,并在可能开裂处预设裂纹进行水力劈裂判定,结果表明,该裂纹尚不能扩展,沥青混凝土心墙不会发生水力劈裂破坏。

摘要：针对不同强度单裂缝混凝土试件开展了两组应力状态下的水力劈裂试验,研究了应力状态、荷载施加方式对试件裂缝扩展过程的影响,分析了裂缝扩展路径上缝内水压演化规律,拟合得到了混凝土试件临界劈裂水压预测模型的定量关系式。试验结果表明,两组不同应力状态下的试件均发生水力劈裂破坏;临界劈裂水压值与轴压的差值均小于试件的劈拉强度值;试件水压尖端的发展滞后于干裂缝的发展。

摘要：从基本概念出发,认为水力劈裂以应力集中为特征,以裂缝的局部扩展为表现形式.水力劈裂是渗流应力耦合作用的一个方面,讨论了岩体结构在静水压力作用下的三种破坏形式,分别具有不同的破坏机理.本文从能量守恒定律出发,推导了单裂缝扩展过程中的能量转化关系,及裂缝扩展的控制方程.引入断裂力学裂缝扩展的能量释放率概念,给出了岩石裂缝扩展的判据.

摘要：裂缝的高压水力劈裂是混凝土高坝安全评估的重要部分。目前,重力坝水力劈裂的数值模拟绝大多数是二维的,对于坝体上游面经常出现的竖直裂缝的三维水力劈裂的数值研究几乎为零。本文提出一种应力-渗流-损伤耦合模型,用于混凝土重力坝三维水力劈裂的模拟。采用该耦合模型,模拟了一个内置裂缝的圆柱体试件的水力劈裂,数值结果与试验结果吻合很好,验证了所提耦合模型的合理性。在此基础上,采用该耦合模型,进行了国内某混凝土重力坝三维水力劈裂的模拟,数值模拟得到的损伤区域与设计院根据安全监测实测结果得到的范围基本吻合。研究结果表明:本文耦合模型可以方便、有效地进行重力坝三维水力劈裂的模拟,评估表面裂缝的危险程度。