考虑覆盖层应力历史的土石坝变形分析_薛建荣

时间：2025-02-25

第36卷第4期2014年4月人民黄河YELLOWＲIVEＲVol．36，No．4Apr．，2014

【水利水电工程】

考虑覆盖层应力历史的土石坝变形分析

1，213

代凌辉，乔景顺薛建荣，

（1．黄河水利职业技术学院，河南开封475001；2．清华大学水利系，北京100084；3．黄淮学院，河南驻马店463000）

摘要：介绍了应力历史对坝体变形的影响和邓肯张本构模型中卸荷的判别标准。在考虑覆盖层应力历史的条件下，把

坝基覆盖层各单元的应力和历史最大偏应力、历史最大应力水平以及历史最大固结压力作为大坝填筑前有限元分析计算的初始条件，计算坝体的变形。考虑坝基覆盖层应力历史和不考虑坝基覆盖层应力历史两种情况下的计算结果表明:当考虑坝基覆盖层应力历史时，坝体变形明显偏小，并且最大位移值发生位置明显靠向坝体上部，证明坝基覆盖层应力历史对土石坝变形有重要影响。关

键

词：土石坝;覆盖层;应力历史;初始地应力

文献标志码：A

doi：10．3969/j．issn．1000-1379．2014．04．031

中图分类号：TV641．4

StrainAnalysisofEarthDamConsideringStressHistoryofOverburdenLayer

XUEJian-rong1，，DAILing-hui1，QIAOJing-shun3

(1．YellowＲiverConservancyTechnicalInstitute，Kaifeng475001，China;2．DepartmentofHydraulicandHydropowerEngineering，

TsinghuaUniversity，Beijing100084，China;3．HuanghuaiUniversity，Zhumadian463000，China)

Abstract:Inthispaper，theinfluenceofstresshistorytothestrainandthecriterionofunloadingofDuncan-Changmodelwereintroduced．Theel-ementstressandthebiggestdeviatoricstress，stresslevelandconsolidationpressurewerepickedupasthecalculation’sinitialconditionsconsider-ingthestresshistoryofoverburdenlayer．Theresultswerecomparedwiththesamemodelwithoutconsideringstresshistory．Itshowsthatthedam’sstrainisreducedobviouslywhenconsideringstresshistoryofoverburdenlayer，andthepositionofthemaximumpointsrisegreatly．Sothestresshistoryofoverburdenlayerisveryimportanttothedeformationofearthdam．Keywords:earthdam;overburdenlayer;stresshistory;initialgeostress

土是经过漫长的地质年代和剥蚀、搬运、堆积等地质作用形成的。在工程设计中若不考虑土体的应力历史影响，则可能会造成严重后果

［1］

蚀掉的覆盖层对现状覆盖层的应力作用。应宏伟等

［4］

计算研

究了基坑开挖时土体应力历史对基坑位移的影响，表明其影响较大。笔者采用邓肯张本构模型，在考虑覆盖层应力历史的情况下，计算并分析应力历史对土石坝变形的影响。

。坝体变形是土坝数值计算时需要考虑的

一项重要参数。河床的深厚覆盖层成因较为复杂，其结构松散，物理及力学性质表现为不均匀性。在深厚覆盖层上筑坝时，坝基地质条件相对较差，在设计和施工中，需要考虑其对坝体应力应变和变形的影响

［2］

1．1

基本原理

土的应力历史对土体变形的影响

应力历史指土在地质年代中经受应力变化的过程（应力路

。

坝基覆盖层中存在着天然应力，因此在进行土石坝数值计算时，应满坝基地应力平衡，既要保证坝基内存在相应的应力，又要确保坝基内各节点的垂直位移和水平位移为0。按照常规的地应力平衡方法，首先对有限元计算模型赋予相应的边界条件，并对坝基施加重力荷载，计算出坝基的应力场，然后将其作为初始应力场进行第二次计算，即连同重力荷载共同施加到有限元模型上进行后续计算

［3］

径）。土体的变形主要表现为塑性变形，由于塑性变形是不能恢复的，因此土体在历史过程中产生的变形会积累下来，并影响以后的应力和变形。土体偏应力与应变的关系见图1，其中A点位于初始加荷曲线上，B点位于卸荷后的再加荷曲线上，A、B两点偏应力（σ1－σ3）相等，它们所但对应的应变εa却不同，

05-13收稿日期：2013-：基金项目河南省教育厅青年骨干教师资助计划项目(2009GGJS－131);黄淮

学院校级研究项目(2012XJGLX0204)。

主要从事水工结构与建男，陕西蓝田人，副教授，作者简介：薛建荣(1969—)，

筑材料方面的教学与研究工作。E-mail：kfxjr01@163．com

。该方法只适用于初始地应力只

有自重应力的情况。当覆盖层在历史上受到过其他较大荷载作用时，该方法会产生较大误差。例如一条河流的河道中有阶地，则表明河床中部的覆盖层在历史上可能达到过与最高阶地相平齐的高度，后来经过水的侵蚀作用才形成目前的地貌形状，在这种情况下，进行土石坝的应力分析就应考虑上部被侵

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处的应力应变关系曲线的斜率（切线模量）也不同。当施加相A点土体应变增量较大，B点土体应变增量较同的荷载增量时，

B两点，小。有着不同应力历史的A、加荷之后的变形不同。相同的土体经过一个加、卸荷循环后，当再次加荷时，变形相应减小了，这就是土的应力历史对变形产生的影响

［5］