CN113204870B - 一种现场原级配堆石料力学参数推测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种现场原级配堆石料力学参数推测方法，包括如下步骤：获取比例因子：基于已建或在建工程原型观测资料的反演分析，通过工程经验类比法，获得影响力学参数的缩尺效应比例因子；估算影响：以邓肯—张E‑B模型为基础，近似估算缩尺效应对计算参数的影响；等比计算：根据估算的缩尺效应比例因子和试验参数进行参数调整反算，得到原级配堆石料力学参数。本发明为不具备开展专门缩尺效应研究的中小型工程提供了一种行之有效的原级配堆石料力学参数获取方法，同时也为大型乃至巨型工程缩尺效应研究提供了一种新思路新方法；所述的方法简单，理论技术可行，易于理解操作，方便在工程中推广应用，实用性强。

Description

一种现场原级配堆石料力学参数推测方法
技术领域
本发明涉及一种现场原级配堆石料力学参数推测方法。
背景技术
堆石坝又称当地材料坝，坝壳堆石料最大粒径一般为60～80cm。随着现代重型冲击碾在工程中的推广应用，例如洪家渡、水布垭、董箐等水电站碾压上坝的粗堆石料最大粒径达到了120cm。堆石料室内三轴试验是高坝工程材料设计、坝体变形预测与控制的核心。然而，室内大型三轴试验的直径仅为300mm、高度600～750mm，允许试验最大粒径仅为60mm，堆石料室内试验粒径远小于现场原级配堆石料，由此带来二者之间模型参数及力学性质的较大差异，称之为“缩尺效应”。
近几十年来，关于堆石料缩尺效应，国内外开展大量研究。基于多尺度室内超大尺寸三轴试验(φ80～100cm)、数值试验(φ30cm、400cm)等先进技术，由于试验条件复杂且成本高，仅在少数巨型工程中应用。另一方面，已有研究多侧重于揭示缩尺效应的机理及参数规律，至今未形成一套行之有效的现场原级配料力学参数确定方法，且受现有技术的局限性，无法推广至任意本构模型，工程实用性不强，难以满足大多数工程建设的需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种现场原级配堆石料力学参数推测方法，该现场原级配堆石料力学参数推测方法解决了现有技术条件下获取原级配堆石料力学参数困难的问题，可在大多数工程中推广应用，提高堆石坝变形预测精度，同时也为筑坝堆石料缩尺效应研究提供一种可行的技术方法，方便多角度开展科学研究，推动堆石坝筑坝技术发展。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种现场原级配堆石料力学参数推测方法，包括如下步骤：
获取比例因子：基于已建或在建工程原型观测资料的反演分析，通过工程经验类比法，获得影响力学参数的缩尺效应比例因子；
估算影响：以邓肯—张E-B模型为基础，近似估算缩尺效应对计算参数的影响；
等比计算：根据估算的缩尺效应比例因子和试验参数进行参数反算，得到原级配堆石料力学参数。
所述步骤估算影响中，计算参数选取K、n、Kb、m为代表，其中，K为切线弹性模量数，n为切线弹性模量指数，Kb为切线体积模量数，m为切线体积模量指数。
所述缩尺效应比例因子为，目标工程现场原级配料参数与室内三轴试验参数的关系。
所述参数反算为，将计算参数分别拟合每一组围压并绘制应力-应变关系曲线。
所述缩尺效应比例因子通过统计计算后取平均值得到。
所述原级配堆石料力学参数包括原级配堆石料偏应力和轴向应变的关系曲线、轴向应变和体积应变的关系曲线。
所述等比计算步骤中，采用相同围压条件进行计算。
应用于以沈珠江弹塑性模型、清华K-G模型、广义塑性模型为基础的本构模型参数获取。
本发明的有益效果在于：为不具备开展专门缩尺效应研究的中小型工程提供了一种行之有效的原级配堆石料力学参数获取方法，同时也为大型乃至巨型工程缩尺效应研究提供了一种新思路新方法；所述的方法简单，理论技术可行，易于理解操作，方便在工程中推广应用，实用性强；为原级配堆石料任意本构模型参数的获取提供了可行性，扩大了本构模型的适用范围，可大大提高堆石坝变形预测精度，推动堆石坝筑坝技术发展。
附图说明
图1是本发明至少一种实施方式的流程示意图；
图2是本发明的实验例中典型工程堆石料K、n的反的演值/试验值比值；
图3是本发明的实验例中典型工程堆石料Kb、m的反演值/试验值比值；
图4是本发明的实验例中室内试验与原级配料应力应变关系反算曲线。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
实施例1
提供一种现场原级配堆石料力学参数推测方法，包括如下步骤：
获取比例因子：基于已建或在建工程原型观测资料的反演分析，通过工程经验类比法，获得影响力学参数的缩尺效应比例因子；
估算影响：以邓肯—张E-B模型为基础，近似估算缩尺效应对计算参数的影响；
等比计算：根据估算的缩尺效应比例因子和试验参数进行参数反算，得到原级配堆石料力学参数。
实施例2
基于实施例1，并且，步骤估算影响中，计算参数选取K、n、Kb、m为代表，其中，K为切线弹性模量数，n为切线弹性模量指数，Kb为切线体积模量数，m为切线体积模量指数。
实施例3
基于实施例1，并且，缩尺效应比例因子为，目标工程现场原级配料参数与室内三轴试验参数的关系。
实施例4
基于实施例1，并且，参数反算为，将计算参数分别拟合每一组围压并绘制应力-应变关系曲线。
实施例5
基于实施例1，并且，缩尺效应比例因子通过统计计算后取平均值得到。
实施例6
基于实施例1，并且，原级配堆石料力学参数包括原级配堆石料偏应力和轴向应变的关系曲线、轴向应变和体积应变的关系曲线。
实施例7
基于实施例1，并且，等比计算步骤中，采用相同围压条件进行计算。
由上可见本发明主要可应用于以沈珠江弹塑性模型、清华K-G模型、广义塑性模型为基础的本构模型参数获取。
实施例8
基于上述实施例，具体如图1所示，采取如下步骤：
第1步：选取不少于3～5个具有代表性的已建或在建典型工程，基于原型变形监测资料的反演分析，获得邓肯张E-B模型反演参数；
第2步：以敏感度最高的K、n、Kb、m作为代表参数，分别统计其反演参数与室内试验参数的比值，取平均值作为c1、c2、c3、c4的经验值，当参数过于离散无规律可循时，可将各组参数反算为应力-应变关系曲线，经参数优化调整后确定；
其中，考虑缩尺效应的现场原级配堆石料参数与室内试验参数满足以下比例因子关系：
Figure BDA0003044674990000051
其中，下标“L”代表室内试验，“D”代表现场原级配料；
第3步：按土工试验规程要求，完成目标工程室内三轴试验，建议试样直径φ300mm、最大粒径60mm，整理邓肯张E-B模型参数，即试验参数；
第4步：以邓肯张E-B模型试验参数为基础，根据c1、c2、c3、c4经验值，分别与K、n、Kb、m相乘，得到现场原级配堆石料邓肯张E-B模型力学参数；
第5步：进行参数反算，代入推求的现场原级配堆石料邓肯张E-B模型力学参数，反算得到原级配堆石料偏应力(σ1-σ3)～轴向应变εa、轴向应变εa与体积应变εv的关系曲线，值得说明的是，为便于比较，建议此过程取与室内试验相同围压条件；
第6步：根据推求的原级配堆石料应力应变关系曲线，可整理任意本构模型计算参数，例如沈珠江弹塑性模型、清华K-G模型、广义塑性模型及各类改进模型。
实验例
基于上述实施例，对如表1所示的原级配料邓肯E-B模型参数进行推测。基于xld(160m)、pbg(186m)、nzd(261.5m)已建工程反演分析经验，得到如图2、图3所示的堆石料邓肯E-B模型K、n、Kb、m反演参数与试验参数比值的平均值分别为85.2％、89.9％、90.2％及91.6％，最终在上述实施例的实现中得到如图4所示的室内试验与原级配料应力应变关系反算曲线。
表1原级配料邓肯E-B模型参数推测值
Figure BDA0003044674990000061
在图2中，坐标x轴的含义依次为：1-nzd堆石Ⅰ区料(a)；2-nzd堆石Ⅰ区料(b)；3-nzd堆石Ⅱ区料(a)；4-nzd堆石Ⅱ区料(b)；5-pbg上游堆石料(c)；6-pbg上游堆石料(d)；7-pbg下游次堆石料(c)；8-pbg下游次堆石料(d)；9-xld上游堆石料(c)；10-xld下游堆石料(c)；11-xld下游堆石料(d)；其中，在同一x坐标值内，左边的柱体为K，右边的柱体为n。
在图3中，坐标x轴的含义依次为：1-nzd堆石Ⅰ区料(a)；2-nzd堆石Ⅰ区料(b)；3-nzd堆石Ⅱ区料(a)；4-nzd堆石Ⅱ区料(b)；5-pbg上游堆石料(c)；6-pbg上游堆石料(d)；7-pbg下游次堆石料(c)；8-pbg下游次堆石料(d)；9-xld上游堆石料(c)；10-xld下游堆石料(c)；11-xld下游堆石料(d)，其中，在同一x坐标值内，左边的柱体为Kb，右边的柱体为m。

Claims (7)

1.一种现场原级配堆石料力学参数推测方法，其特征在于：包括如下步骤：
获取比例因子：基于已建或在建工程原型观测资料的反演分析，通过工程经验类比法，获得影响力学参数的缩尺效应比例因子；
估算影响：以邓肯—张E-B模型为基础，近似估算缩尺效应对计算参数的影响；
其中，缩尺效应的现场原级配堆石料参数与室内试验参数满足以下比例因子关系：
Figure FDA0003818802450000011
计算参数选取K、n、Kb、m为代表，K为切线弹性模量数，n为切线弹性模量指数，Kb为切线体积模量数，m为切线体积模量指数，下标“L”代表室内试验，“D”代表现场原级配料；
等比计算：根据估算的缩尺效应比例因子和试验参数进行参数调整反算，得到原级配堆石料力学参数；
其中，试样直径φ300mm、最大粒径60mm，整理邓肯张E-B模型参数，获取试验参数；以邓肯张E-B模型试验参数为基础，根据c1、c2、c3、c4经验值，分别与K、n、Kb、m相乘，得到现场原级配堆石料邓肯张E-B模型力学参数。
2.如权利要求1所述的现场原级配堆石料力学参数推测方法，其特征在于：所述缩尺效应比例因子为，目标工程现场原级配料参数与室内三轴试验参数的关系。
3.如权利要求1所述的现场原级配堆石料力学参数推测方法，其特征在于：所述参数反算为，将计算参数分别拟合每一组围压并绘制应力-应变关系曲线。
4.如权利要求1所述的现场原级配堆石料力学参数推测方法，其特征在于：所述缩尺效应比例因子通过统计计算后取平均值得到。
5.如权利要求1所述的现场原级配堆石料力学参数推测方法，其特征在于：所述原级配堆石料力学参数包括原级配堆石料偏应力和轴向应变的关系曲线、轴向应变和体积应变的关系曲线。
6.如权利要求1所述的现场原级配堆石料力学参数推测方法，其特征在于：所述等比计算步骤中，采用相同围压条件进行计算。
7.如权利要求1所述的现场原级配堆石料力学参数推测方法，其特征在于：应用于以沈珠江弹塑性模型、清华K-G模型、广义塑性模型为基础的本构模型参数获取。
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