大数据驱动的黏土心墙水力劈裂试验与数值分析

本篇论文深入探讨了大数据背景下黏土心墙水力劈裂的理论研究与实验分析。在大数据驱动的工程实践中，黏土心墙高土坝的水力劈裂是一个关键且颇具争议的问题，对于土石坝的设计和稳定性至关重要。作者首先系统回顾了已有的研究成果，然后通过离心模型试验，模拟并重现了均质黏土心墙在水压力作用下的水力劈裂现象。试验结果揭示了当心墙上游侧的水压超过心墙自身的土体压力时，会发生水力劈裂，导致土体的渗透破坏。 同时，论文运用了先进的有限元数值分析技术，通过ABAQUS软件的二次开发，引入了Duncan-Chang非线性弹性模型的ZE模式和沈珠江弹塑性模型，对心墙水力劈裂的力学行为进行了精确模拟。计算分析发现，当上游侧水荷载超过心墙土体压力时，会形成有效的小主应力拉应力区域，这是水力劈裂发生的力学基础。心墙两侧的应力方向因边界约束而改变，蓄水后水压力的作用加剧了这种偏转，使得有效大主应力接近水平，小主应力为负值，因此预测水力劈裂会在水平方向发展，与实际工程中的破坏情况吻合。 在判断水力劈裂条件时，论文对比了有效应力法和总应力法，指出有效应力法更为直观地揭示了水力劈裂的起因，尽管两者在本质上并不冲突。通过这两种方法对试验结果的数值分析，论文得出了更为深入的结论，即水力劈裂的发生取决于裂缝的发展过程，特别是当裂缝贯穿形成透水通道时，渗透冲蚀破坏成为其最终表现形式。 最后，作者结合二维和三维有限元数值分析，针对实际工程场景进行了深入研究，为黏土心墙水力劈裂的预防和控制提供了科学依据，对提升高土石坝设计的安全性和可靠性具有重要意义。这一研究展示了大数据、算法在复杂工程问题中的应用价值，为未来土木工程领域的研究提供了新的视角和方法。