筑坝反滤料动模量影响因素数值模拟分析

摘要： 本研究主要关注筑坝反滤料动模量的影响因素及其数值模拟，作者高德清来自河海大学岩土工程科学研究所。动模量作为土体动力学特性的重要参数，对于工程抗震分析至关重要。文章在成功模拟动模量和阻尼比试验的基础上，通过改变数值模型的条件，分析了固结比、围压、试样级配、试样密实度和动应力频率等因素对筑坝反滤料动模量的影响。研究发现，固结比的影响与Hardin推导公式相符，动模量与围压成正比关系，密实度降低会导致动模量下降，而动应力频率对动模量影响不大。这些结果验证了使用PFC2D方法进行筑坝反滤料动力特性的数值模拟是有效的。 关键词：动模量；固结比；围压；密实度；振动频率 1. 引言 土石坝筑坝料的动力特性分析因其颗粒尺寸和试样限制而相对困难，数值模拟成为研究的有效工具。PFC2D作为一种基于离散单元法的二维颗粒流程序，被广泛用于颗粒交互作用的模拟，包括预测、实际模拟及试验模拟。本研究利用PFC2D模拟筑坝反滤料的动模量和阻尼比试验，以减少试验成本并深入探究影响因素。 2. 筑坝反滤料背景 以雅砻江两河口水电站为例，该电站采用粘土心墙堆石坝，其抗震设计需要对筑坝反滤料的动态特性有深入了解。由于坝体高度和地震活动频繁，动模量的研究对于确保大坝安全至关重要。 3. 动模量影响因素分析 - 固结比：研究表明，筑坝反滤料的动模量受固结比影响，其规律与Hardin公式相吻合。 - 围压：动模量与围压呈正相关，意味着增加围压会提高动模量。 - 试样级配：级配的不同可能影响颗粒间的接触和应力传递，进而影响动模量。 - 密实度：试样的密实度降低会减少颗粒间的接触面积，导致动模量减小。 - 动应力频率：动应力频率对动模量的影响不显著，说明在一定范围内，动模量相对稳定。 4. PFC2D的应用 PFC2D程序通过模拟颗粒之间的相互作用来计算动模量，这种方法可以提供丰富的数据，便于理解不同条件下动模量的变化趋势，为筑坝反滤料的工程应用提供理论支持。 5. 结论 本研究证明了PFC2D在模拟筑坝反滤料动模量试验中的有效性，并揭示了影响动模量的关键因素，为土石坝抗震设计提供了科学依据。未来的研究可以进一步探讨这些因素之间的相互作用，以及如何在实际工程中优化筑坝反滤料的动模量。