【摘要】：高聚物防滲墻是針對土質(zhì)堤壩除險加固需要研發(fā)的防滲加固新技術(shù),具有快捷、輕質(zhì)、高韌、耐久、微創(chuàng)、環(huán)保等優(yōu)點,正逐漸大規(guī)模應(yīng)用于土質(zhì)堤壩除險加固,產(chǎn)生了良好的社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益,有很大的推廣應(yīng)用價值。本文針對這一新技術(shù)目前研究的盲區(qū)及震區(qū)應(yīng)用推廣的關(guān)鍵點——動力特性及抗震性能展開研究。論文從室內(nèi)試驗、模型試驗、數(shù)值模擬、理論分析等諸多方面入手,著重研究了高聚物防滲墻土質(zhì)堤壩地震響應(yīng)特性及其抗震性能,完成的主要工作如下:(1)應(yīng)用壓電陶瓷彎曲元測試技術(shù)研究了高聚物注漿材料動力特性。解決了影響精確測試高聚物注漿材料剪切波速的關(guān)鍵問題。測試得到了不同密度下高聚物注漿材料的動剪切波速及其動剪切模量,給出了工程中快速判定高聚物防滲墻動剪切模量的方法。對比分析了動、靜彈性模量,給出了兩者之間的二次多項式函數(shù)關(guān)系。討論了高聚物注漿材料和筑壩黏土動模量的相關(guān)性。(2)進行了原型材料防滲墻土質(zhì)堤壩動力離心試驗方法的研究。設(shè)計了防滲墻土質(zhì)堤壩非等應(yīng)力模型相似關(guān)系�；诮y(tǒng)計學(xué)單因素方差分析方法,設(shè)計了用于動力離心試驗的高聚物防滲墻模型,基于土工離心模型試驗原理,設(shè)計了動力離心模型專用微�；炷�。經(jīng)試驗測試兩組防滲墻物理、力學(xué)特性均符合動力離心試驗要求。(3)基于動力離心試驗成果研究了高聚物防滲墻土質(zhì)堤壩和混凝土防滲墻土質(zhì)堤壩在超重力和地震作用下的地震響應(yīng)特征。在分析兩組防滲墻墻體動應(yīng)力、壩體加速度、壩頂沉降、壩體超孔隙水壓力及動土壓力增量等地震響應(yīng)特征的基礎(chǔ)上,重點研究了兩組墻體、壩體地震反應(yīng)異同點。在試驗中觀察到混凝土防滲墻的破壞現(xiàn)象,找出了傳統(tǒng)防滲墻土質(zhì)堤壩抗震不利部位。(4)研究了高聚物防滲墻土質(zhì)堤壩抗震性能。利用ABAQUS有限元軟件,結(jié)合彎曲元試驗得出的高聚物注漿材料動力特性,建立了基于黏彈性人工邊界地震波輸入方法和考慮土體黏彈性的高聚物防滲墻土質(zhì)堤壩三維數(shù)值模型,利用試驗結(jié)果驗證了模型的正確性和合理性。獲得了高聚物防滲墻及其土質(zhì)堤壩的地震響應(yīng)特性,計算結(jié)果聯(lián)合試驗結(jié)果明確了高聚物防滲墻土質(zhì)堤壩抗震性能及相關(guān)機理。(5)進行了地震作用下高聚物防滲墻多目標(biāo)函數(shù)的密度優(yōu)化設(shè)計。提出了高聚物防滲墻抗震性能安全系數(shù)的概念,將基于圖解法的多目標(biāo)優(yōu)化方法應(yīng)用于高聚物防滲墻優(yōu)化設(shè)計。以地震作用下高聚物防滲墻抗震性能好、工程造價低為目標(biāo),建立了高聚物防滲墻抗震安全性和經(jīng)濟性為組合的優(yōu)化模型,進行了高聚物防滲墻墻體材料密度的優(yōu)化設(shè)計,為地震作用下高聚物防滲墻密度優(yōu)化提供了一種簡潔、直觀的優(yōu)化計算方法。
[Abstract]:Polymer impervious wall is a new anti-seepage and reinforcement technology that needs to be researched and developed for danger removal and reinforcement of earthen dikes and dams. It has the advantages of fast, light, high toughness, durability, minimally invasive, environmental protection, etc., and is gradually being applied in large scale to earth dikes and dams for danger removal and reinforcement. It has good social, economic and environmental benefits, and has great application value. In this paper, the dynamic characteristics and seismic performance of the blind area and the application and extension of the new technique are studied. Based on laboratory test, model test, numerical simulation, theoretical analysis and so on, the seismic response characteristics and seismic performance of polymer impervious wall earth dike are studied in this paper. The main work is as follows: (1) the dynamic properties of polymer grouting materials are studied by means of piezoelectric ceramic bending element test technique. The key problem affecting the accurate measurement of shear wave velocity of polymer grouting materials is solved. The dynamic shear wave velocity and dynamic shear modulus of polymer grouting materials with different densities are obtained. The method of determining the dynamic shear modulus of polymer impervious walls in engineering is presented. The dynamic and static modulus of elasticity are analyzed, and the quadratic polynomial function between them is given. The correlation between polymer grouting material and dynamic modulus of damming clay is discussed. (2) the dynamic centrifugation test method of impervious wall earth dike with prototype material is studied. The similarity relation of non-equal stress model of impervious wall earth dike is designed. Based on the single factor variance analysis of statistics, the polymer impervious wall model for dynamic centrifugation test was designed. Based on the principle of geotechnical centrifugal model test, the special particulate concrete for dynamic centrifugal model was designed. Two groups of cutoff wall physics were tested, The mechanical properties all meet the requirements of dynamic centrifugation test. (3) based on the results of dynamic centrifugal test, the seismic response characteristics of polymer impermeable wall earth dike and concrete impervious wall earth dike under the action of hypergravity and earthquake are studied. Based on the analysis of seismic response characteristics of two groups of wall walls, such as dynamic stress, acceleration of dam body, settlement of dam top, excess pore water pressure of dam body and increment of dynamic earth pressure, the similarities and differences of seismic response of two groups of walls and dam body are studied emphatically. The failure phenomenon of concrete impervious wall is observed in the experiment, and the unfavorable seismic position of the traditional impervious wall earth dike is found. (4) the seismic behavior of polymer impervious wall earth dike is studied. By using ABAQUS finite element software and the dynamic characteristics of polymer grouting material obtained by bending element test, a three-dimensional numerical model of polymer impervious wall earth dike based on viscoelastic artificial boundary seismic wave input method and considering soil viscoelasticity is established. The correctness and rationality of the model are verified by the experimental results. The seismic response characteristics of polymer impervious wall and its earth dike are obtained. The calculated results show that the seismic behavior and related mechanism of polymer impervious wall earth dike are clear. (5) the density optimization design of multiobjective function of polymer impervious wall under earthquake action is carried out. The concept of safety factor for seismic performance of polymer impervious wall is proposed. The multi-objective optimization method based on graphic method is applied to the optimum design of polymer impervious wall. With the aim of good seismic performance and low engineering cost of polymer impervious wall under earthquake, an optimization model of seismic safety and economy of polymer impervious wall is established, and the optimum design of material density of polymer impervious wall is carried out. This paper provides a simple and intuitive method for optimizing the density of polymer impervious wall under seismic action.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TV312

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本文編號：2376093