注浆压力动载荷作用下盖重非线性响应简化分析摘要：为解决大坝混凝土盖重在注浆压力动载作用下产生抬动效应导致盖重破坏，从而影响大坝防渗等工程实际问题，建立了一种混凝土盖重在固结注浆压力动载荷作用下的非线性动力学响应简化分析模型.考虑到盖重下方基层在注浆压力动载荷作用下具有非线性、滞后性、变形累计、强度和刚度退化等特性，采用了BoucWen退化迟滞模型，并对盖重下方土层与岩层分别采用了不同的刚度系数与阻尼系数，分析了混凝土盖重在注浆压力动载影响下非线性动态力学响应的滞后效应，得到了不同外载荷频率作用下，盖重抬动位移与变形速度的非线性响应曲线.实例分析结果表明，该模型可以较好地模拟各种工况下盖重注浆的非线性动力学响应问题，为动载作用下的盖重注浆抬动位移控制提供了一种参考方法.关键词：混凝土盖重；滞后；非线性动力响应分析；注浆；抬动变形：TU435文献标识码：A大坝混凝土盖重固结注浆过程中的盖重抬动效应是引起盖重开裂从而影响大坝防渗的一个重要原因.大量的相关研究表明，注浆过程中，盖重抬动位移与注浆压力有明显关联性，盖重出现抬动现象时，立刻降低注浆压力，抬动位移并不会立即随注浆压力降低，甚至抬动趋势还会保持一段时间，盖重抬动位移的变化通常要滞后于注浆压力的变化[1].因此，研究注浆过程中盖重变形的滞后效应，对控制盖重抬动，保证工程施工质量是非常有必要的.实际注浆过程中，受被灌地层岩体结构面特征、注浆方式、裂隙开度以及浆液性能等因素影响，注浆压力的变化往往具有不确定性、时变性和非线性特征，通常表现为注浆压力在一定范围内的脉动[2].压力的脉动通过盖重下方的土体与岩层传递至盖重，影响盖重抬动.目前，控制抬动位移的措施主要以传感器实时监测为主，在滞后效应存在的情况下，这种仪器检测的方法难以实现对抬动位移准确的预测.Yang等[3]提出的计算地层抬动值的支持向量机法，虽然可以实现对抬动趋势的预测，然而这种方法需要大量的现场实测数据做基础，基于经济上的考虑，在施工中，如果通过做注浆实验来得到大量数据再来计算抬动位移的趋势，其实用性是有限的.此外，许江等[4-5]基于试验的方法研究了岩土在周期性载荷加载下的变形特性.熊仲明等[6]、陈鑫等[7]基于试验的方法研究了地震载荷作用下，混凝土框架结构的滞回反应特性.但对于混凝土盖重固结注浆过程中盖重抬动的滞后效应研究还鲜见相关报道.因此，本文基于迟滞非线性系统动力学基本理论，首先阐述混凝土盖重在注浆压力动载影响下，抬动的过程及机理.然后，将盖重下方基础考虑为土层与岩层，分析盖重在注浆压力动载作用下动态力学响应的滞后效应，并模拟滞后的产生与动载频率、材料特性的相关性.最后以实际注浆参数为例，探讨不同外载荷频率对盖重振动幅频响应的影响，以期建立能够模拟各种工况下的盖重固结注浆非线性动力学响应模型，为动载作用下的混凝土盖重固结注浆抬动控制提供一种参考方法.1混凝土盖重的简化分析模型1.1盖重注浆抬动变形原理盖重固结注浆抬动的主要原理是由于注浆引起盖重下方基层土体体积膨胀，从而克服浆液上方倒圆台土体重力、土体剪切力以及土体上方载荷使盖重抬动变形.由于盖重有钢筋网分布，可以把其看成一个线弹性体.当注浆压力达到一定值之后，在浆液上方的土体会形成一个倒圆台形剪切面.当注浆压力动载荷产生的上抬力P克服了倒圆台土体自重Gt，倒圆台侧表面的剪力Ft造成盖重弹性变形时，盖重将发生上抬现象.当产生抬动变形时，盖重与土体受力分析如图1所示.1.2盖重注浆模型基本参数对于混凝土盖重沿竖直方向的振动问题，可不考虑宽度的影响，从而简化为一维梁结构来分析.对于大跨度的盖重，可将其看作BermoulliEuler梁，即不考虑盖重的剪切刚度与扭转刚度，仅考虑弯曲刚度.如图2所示，由于盖重一般跨度较大，可认为两端没有发生变形，因此将盖重视为两端简支梁结构，盖重的基本参数为：ρm为盖重材料密度，As为盖重横截面积，Eep为盖重材料弹性模量，km为盖重刚度系数，L为混凝土盖重长度，I为盖重截面对中性轴的惯性矩，I=h1L3/12，h1为盖重厚度.以上常数均假定沿盖重长度方向不变.注浆压力通过基层与盖重...