静动力荷载下堤坝高聚物防渗墙受力特性与破坏机理研究

Compared with the plastic concrete diaphragm wall,the polymer diaphragm wall has obvious advantages and has been used in practical engineering successfully.But at present the internal stress and deformation characteristics of the polymer diaphragm wall under static and dynamic loads,the dam stress field and seepage field coupling before and after the polymer diaphragm wall building under earthquake,the precise calculation theory of the dynamic stress of the polymer diaphragm wall are lack of theoretical and experimental research.With the method of combining with the theory analysis and model experiment,the centrifuge shaking table test of the polymer diaphragm wall and plastic concrete diaphragm wall,the static and dynamic load test of the polymer diaphragm wall are all carried out.The deformation characteristic,stress distribution and failure mechanism of the polymer diaphragm wall and the plastic concrete diaphragm wall under static,dynamic and seismic loads are compared.The analysis theory of stress field and seepage field coupling for the polymer diaphragm wall under earthquake is established which compared with the centrifuge shaking table test.The influence of the polymer diaphragm wall to the stress field and the seepage field is discussed.The precise calculation theory of the dynamic stress of the polymer diaphragm wall is established.In this research,the theoretical and experimental basis of dykes and dams security with the polymer diaphragm wall is provided.

堤坝高聚物防渗墙与塑性混凝土防渗墙相比具有明显优势，并已在实际工程中得到了成功应用。但目前对高聚物防渗墙在静动力荷载下内部应力与坝体受力变形特性﹑地震作用下高聚物防渗墙成墙前后坝体应力场与渗流场耦合分析、防渗墙动态应力精确计算理论等方面缺乏深入的理论与试验研究。项目拟采用理论与试验相结合的方法，开展堤坝高聚物防渗墙与塑性混凝土防渗墙离心机振动台模型试验研究；堤坝高聚物防渗墙静动力荷载的试验研究，对比高聚物防渗墙与塑性混凝土防渗墙在静动力荷载下的变形特性、应力分布规律与破坏机理；建立地震作用下高聚物防渗墙堤坝应力场与渗流场耦合分析理论，并通过离心机振动台试验对比验证，研究地震作用下高聚物防渗墙对坝体渗流场及应力场的影响；开展堤坝防渗墙地震动态应力精确计算理论研究。本项目将为高聚物防渗墙堤坝安全性研究提供理论与试验依据。

堤坝高聚物防渗墙与塑性混凝土防渗墙相比具有明显优势，并已在实际工程中得到了成功应用。但目前对高聚物防渗墙在静动力荷载下的受力变形特性、成墙前后坝体应力场与渗流场耦合分析、防渗墙动态应力精确计算理论等方面缺乏深入的理论与试验研究。项目采用理论与试验相结合的方法，开展堤坝高聚物防渗墙土石坝与塑性混凝土防渗墙土石坝的离心机振动台模型试验，对比研究两类防渗墙在静动力荷载下的变形特性、应力分布规律与破坏机理；建立高聚物防渗墙应力场与渗流场耦合分析理论，并通过试验验证，研究地震作用下高聚物防渗墙对坝体渗流场及应力场的影响；开展堤坝防渗墙地震动态应力精确计算理论研究。.取得如下主要成果：.（1）通过开展离心机振动台模型试验揭示了高聚物防渗墙和塑性混凝土防渗墙的动力响应规律。发现强震下高聚物防渗墙动应力不易达到其抗压强度3.05MPa和抗拉强度2.47MPa，高聚物防渗墙拉压应力强度极限具有较大安全储备。试验结果表明高聚物防渗墙抗震性能整体优于塑性混凝土防渗墙。.（2）利用弯曲元测试技术，测得常用密度为0.1-0.3g/cm3的高聚物注浆材料动弹性模量均小于110 MPa，与粉质黏土的弹性模量接近，远小于混凝土材料弹性模量。表明高聚物防渗墙与坝体具有更好的变形协调性。.（3）建立了高聚物防渗墙土石坝和塑性混凝土防渗墙土石坝的动力有限元分析模型以及高聚物防渗墙土石坝的静动力耦合分析模型，归纳了四种地震工况下两类防渗墙及坝体的动力响应规律，发现高聚物防渗墙成墙前后对原坝应力场扰动很小，与试验结果吻合。.（4）根据最小余能原理推导了空间单元的动应力计算过程，编制了Mathematica计算程序，计算出两种防渗墙关键结点的动应力时程曲线。结合试验结果，验证了最小余能法对于提高防渗墙动应力计算精度的正确性及有效性。.本项目成果完善了堤坝高聚物防渗墙抗震性能方面的研究，对于高聚物防渗墙在除险加固工程中的应用具有指导意义，为高聚物防渗墙堤坝安全性研究提供了理论与试验依据。