高心墙堆石坝心墙水力劈裂的颗粒流模拟

›› 2012, Vol. 33 ›› Issue (8): 2513-2520.

高心墙堆石坝心墙水力劈裂的颗粒流模拟

杨艳^{1, 2}，周伟¹，常晓林¹，花俊杰¹

1. 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072；2. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌 712100

收稿日期:2011-03-28 出版日期:2012-08-10 发布日期:2012-08-13
作者简介:杨艳，女，1983年生，博士研究生，讲师，主要从事高坝结构设计理论方面的研究工作
基金资助:
国家自然科学基金项目(No. 50979082)

Particle flow code simulation of hydraulic fracturing in high core wall rockfill dams

YANG Yan^{1, 2}，ZHOU Wei¹，CHANG Xiao-lin¹，HUA Jun-jie¹

1. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan 430072, China; 2. College of Water Resources and Architectural Engineering, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China

Received:2011-03-28 Online:2012-08-10 Published:2012-08-13

摘要/Abstract

摘要： 目前针对堆石或土石坝的心墙水力劈裂问题虽然已取得了不少成果，但现有的成果大多从宏观的角度进行研究，对心墙水力劈裂发生机制的认识尚未达成一致的观点。采用颗粒流方法从细观角度对心墙水力劈裂问题进行初步研究，模拟了心墙水力劈裂发生和发展的过程。计算结果表明，劈裂水压力Pf随着竖向应力的增大而增大，且两者基本呈线性关系，与室内成果的规律基本一致；心墙在高水力梯度作用下，形成的水楔效应降低了裂缝尖端区附近的最大主应力，当该值小于或接近心墙上游的外水压力时则会导致水力劈裂的发生。此外，计算结果还证明了心墙发生水力劈裂的主要力学原因是由于心墙中的张拉应力超过了土体的抗拉强度。

关键词: 堆石坝, 心墙, 水力劈裂, 颗粒流, 流固耦合

Abstract: Recently, increasing attention has been given to hydraulic fracturing phenomena in core wall of rockfill or soil dams. However, most of the studies are carried out from the macro prospective, and the fracturing mechanism is still disputable. In this paper, the hydraulic fracturing problem is analyzed using the particle flow code (PFC) from the micro prospective. The occurrence and development of hydraulic fracturing is simulated. Results show that the fracturing pressure Pf increases with the increasing of the vertical stress in an approximately linear way, which agrees well with experimental results. Under the high hydraulic gradient condition, the maximum principal stress near crack tip is decreased because of the wedge effect of water. Hydraulic fracturing will probably occur when the maximum principal stress is less than or close to the water pressure of upstream of core wall. In addition, it is also illustrated that the main reason of hydraulic fracturing in core wall is that the tension stress exceeds the tensile strength of the soil.

Key words: rockfill dam, core wall, hydraulic fracturing, particle flow, fluid-solid coupling

中图分类号:

TV 313

杨艳，周伟，常晓林，花俊杰 . 高心墙堆石坝心墙水力劈裂的颗粒流模拟[J]. , 2012, 33(8): 2513-2520.

YANG Yan ，ZHOU Wei ，CHANG Xiao-lin ，HUA Jun-jie . Particle flow code simulation of hydraulic fracturing in high core wall rockfill dams[J]. , 2012, 33(8): 2513-2520.

参考文献

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[1]	左永振, 赵娜. 极端条件下心墙泥浆料的渗透反滤试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 520-526.
[2]	马春辉, 杨杰, 程琳, 李婷, 李雅琦, . 基于量子遗传算法与多输出混合核相关向量机的堆石坝材料参数自适应反演研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2397-2406.
[3]	王胤, 周令新, 杨庆. 基于不规则钙质砂颗粒发展的拖曳力系数模型及其在细观流固耦合数值模拟中应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 2009-2015.
[4]	魏星, 张昭, 王刚, 张建民, . 饱和砂土液化后大变形机制的离散元细观分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1596-1602.
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[15]	李杨, 佘成学, 朱焕春, . 现场堆石体振动碾压的颗粒流模拟及验证[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 432-442.

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