拱坝–坝肩三维可变形离散元整体稳定分析

三维可变形离散元是模拟不连续介质力学行为的有效数值分析方法。由于该方法采用显式差分方法和自动接触检索技术，故尤其适合于求解弹塑性、大变形和动力问题。首先介绍三维可变形离散元的基本原理及特点，然后对拱坝–坝肩系统整体抗滑稳定进行超载仿真分析和强度折减仿真分析。分析结果表明：超载计算时，拱坝坝肩失稳可能性很小，但是，当水压超载到3.5～4.0倍时，坝体材料会出现较大范围的受压屈服；强度折减计算时，当结构面强度折减3.5倍时，拱坝左坝肩在水压和渗压的作用下开始向下游坍塌，并最终导致拱坝失去支撑而溃决。     

拱坝-坝肩三维可变形离散元整体稳定分析

三维可变形离散元是模拟不连续介质力学行为的有效数值分析方法。由于该方法采用显式差分方法和自动接触检索技术，故尤其适合于求解弹塑性、大变形和动力问题。首先介绍三维可变形离散元的基本原理及特点。然后对拱坝一坝肩系统整体抗滑稳定进行超载仿真分析和强度折减仿真分析。分析结果表明：超载计算时，拱坝坝肩失稳可能性很小，但是，当水压超载到3．5-4．0倍时，坝体材料会出现较大范围的受压屈服；强度折减计算时，当结构面强度折减3．5倍时，拱坝左坝肩在水压和渗压的作用下开始向下游坍塌，并最终导致拱坝失去支撑而溃决。     

基于ANSYS的某溢流双曲拱坝应力分析

基于三维有限元计算软件ANSYS对某混凝土双曲拱坝坝体应力分析,通过分析得出,拱坝最大位移发生在坝体表孔位置,但是坝顶开设表孔对坝体应力的影响是局部的,主要集中在孔口周边,而对坝体下部几乎没有影响,并总结规律,为工程设计、施工和加固处理提供了重要科学依据。     

碾压混凝土拱坝诱导缝及其等效应力强度

由于修建碾压混凝土拱坝的方法以及拱坝结构本身的特点,造成温度应力对结构的影响较为严重,产生的温度裂缝对拱坝坝体和结构的危害较大,所以采用人为设置的诱导缝来减弱温度裂缝对拱坝的危害。列举了诱导缝的形式以及已修建的拱坝中使用诱导缝的实例,讨论了拱坝诱导缝的等效强度以及混凝土断裂实验的有关内容,为诱导缝相关问题的进一步研究提供了参考。     

拱坝横缝间附加弹簧、阻尼的减震计算

建立有横缝拱坝的组合接触界面模型和界面间附加减震弹簧、阻尼的地震反应有限元计算模型,并将其应用于高拱坝减震措施的实际工程计算中.首先针对拱坝横缝在地震荷载作用下所处力学状态,提出一个组合的横缝非线性抗拉接触界面模型,该横缝界面模型的特点是,它即能体现横缝的强度效应,又能反映横缝被拉开后的张合、摩擦过程.在接触约束条件的罚函数处理方法基础上,建立拱坝横缝结点对之间附加减震弹簧、阻尼器的计算处理方法.在拱坝结构布置上通过布设阻尼器和弹簧的方式降低地震对拱坝强度的不良影响,达到提高坝体横缝的抗拉能力以及减震、优化高拱坝结构设计的目的.数值解计算反映出,拱坝横缝间附加弹簧、阻尼对于改善地震动作用下高拱坝结构整体的应力分布状况具有较明显效果.     

清江隔河岩重力拱坝与复杂地基三维有限元非线性分析

本文对清江隔河岩重力拱坝与复杂岩基相互作用进行了三维有限元分析,并着重研究了坝体的应力和变位,地基中结构面的应力和位移规律以及F_to断层不抗拉特性对坝体应力的影响。分析成果对该重力拱坝的优化设计和指导施工有所裨益。此外,这也是我们首次利用个人微机进行岩土工程大型复杂的三维课题有限元非线性分析的一个成功实例。     

大花水拱坝的块体元法和拱梁分载法耦合分析

采用三维弹粘塑性块体元法与拱梁分载法的耦合分析方法对大花水拱坝的坝体应力和坝肩稳定性进行了分析。耦合分析时，用块体单元离散坝基，将坝体划分为拱梁系统。在拱坝和基础的接触面上，假设拱梁的基础节点固结在块体表面上，根据虚功原理，将拱梁单元刚度矩阵中关于基础节点的位移的刚度系数变换为关于块体位移的刚度系数。将刚度矩阵组装在一起并建立整体平衡方程，求解基础块体元和坝体内部节点的位移，然后计算各自的应力和稳定情况。计算结果表明，该坝坝肩边坡整体是稳定的。     

高拱坝基础大垫座及周边缝设置研究

 提出高拱坝基础承载力对建基面的要求,讨论坝肩与河床基础大垫座及周边缝的工作机制、大垫座及周边缝设置的非线性分析特点以及其与高坝整体稳定的关系。指出大垫座设置对基础刚度的对称性、大坝整体稳定性有显著提高的效应。结合高拱坝(英古里、李家峡拱坝和锦屏I级拱坝)实例,详细讨论高拱坝在基础设置垫座后的安全度及坝踵、坝址应力分布优化情况。拱坝所提出的问题对我国目前的高拱坝建设具有指导意义。     

清江隔河岩重力拱坝与复杂地基三维有限元非线性分析

本文对清江隔河岩重力拱坝与复杂岩基相互作用进行了三维有限元分析,并着重研究了坝体的应力和变位,地基中结构面的应力和位移规律以及F_(to)断层不抗拉特性对坝体应力的影响。分析成果对该重力拱坝的优化设计和指导施工有所裨益。此外,这也是我们首次利用个人微机进行岩土工程大型复杂的三维课题有限元非线性分析的一个成功实例。     

拱坝振动台动力破坏试验研究

水电资源富集而高烈度地震频发的西南、西北地区的水电建设在西部大开发和全国能源合理配置中具有举足轻重的战略地位,而高拱坝抗震安全是西部水电开发建设的关键技术之一。针对拱坝在强地震动作用下的动力响应和损伤破坏过程,进行振动台模型试验研究。试验模型最大限度地模拟影响拱坝地震响应的各种主要因素,包括坝体—基础—库水间动力相互作用,坝体构造横缝,坝肩关键滑裂体,动态能量辐射等。模型坝体材料采用自然干燥粉状材料加压制成,满足模型强度相似要求。在逐级增加的输入地震作用下坝体共发生11处可确认开裂损伤,但未出现受压破坏。试验模拟呈现拱坝在地震作用下的响应及其损伤破坏过程,确定抗震薄弱部位,为全面定量评价拱坝的抗震性能提供重要依据。     

允许变形及断裂的三维离散元计算方法

在三维离散元面-面接触刚性块体单元模型基础上，提出块体单元允许变形、断裂的一种计算模型。此计算模型不仅考虑岩块之间的节理刚度，而且考虑岩块自身变形以及岩块可能发生断裂的情况。     

Three-dimensional seismic response analysis of a concrete-faced rockfill dam on overburden layers

Reasonable seismic response analysis of a high rockfill dam is of great engineering significance in guiding its design and ensuring its seismic safety during operation, especially of a concrete-faced rockfill dam (CFRD) on overburden layers. The three-dimensional seismic behavior of the Miaojiaba CFRD is simulated and analyzed by the finite element method (FEM). The results indicate that: 1) the amplification coefficient along the dam axis gradually increases with the altitude, and reaches maximum at the dam crest; 2) the vertical residual deformation mainly exhibits downwards and reaches maximum near the dam crest; 3) the earthquake significantly aggravates the deformation of peripheral joints; 4) the impounding condition and overburden characteristics have great effects on the dam’s seismic response.     

Three-dimensional seismic response analysis of a concrete-faced rockfill dam on overburden layers

Reasonable seismic response analysis of a high rockfill dam is of great engineering significance in guiding its design and ensuring its seismic safety during operation, especially of a concrete-faced rockfill dam (CFRD) on overburden layers. The three-dimensional seismic behavior of the Miaojiaba CFRD is simulated and analyzed by the finite element method (FEM). The results indicate that: 1) the amplification coefficient along the dam axis gradually increases with the altitude, and reaches maximum at the dam crest; 2) the vertical residual deformation mainly exhibits downwards and reaches maximum near the dam crest; 3) the earthquake significantly aggravates the deformation of peripheral joints; 4) the impounding condition and overburden characteristics have great effects on the dam’s seismic response.     

白鹤滩水电站拱坝及坝肩加固效果分析及整体 安全度评价

 白鹤滩水电站拱坝左侧坝肩断层及层间、层内错动带发育,拱推力作用下易发生剪切变形。坝基柱状节理层发育,变形模量等力学指标相对较低,表现出显著的各向异性力学特性。由于以上地质缺陷的影响,设计采取沿拱推力方向设置抗剪洞及扩挖坝基处柱状节理层岩体设置垫座的工程处理措施,以期对坝肩、坝基岩体的抗剪、传力等进行改善。采用三维非线性数值分析方法,根据实际地质信息建立三维数值模型,模拟白鹤滩中坝址主要地质现象及相关工程措施,通过坝肩、坝基岩体及坝体的应力、位移对比,定量分析主要地质缺陷的影响以及工程处理措施的效果。采用超载法、强度折减法及点安全系数法评价下坝线拱坝的安全度,为该水电站坝线比选提供技术依据和科研成果支撑。     

三峡左岸坝段三维抗滑稳定性分析

三峡大坝左岸由于建基面抬高，大坝建于一个边坡之上，同时边坡内部存在定位的长大裂隙，其抗滑稳定受到普遍关注。目前大多数的工作均局限于二维领域。基于三峡工程的极端重要性。采用边坡稳定三维上限解分析方法对三峡左岸坝段进行三维稳定分析，研究三维效应对安全系数的影响。该方法具有理论基础严格，计算简捷的优点，它是二维的Sarma法在三维条件下的扩展。计算结果表明，三维安全系数比二维安全系数有明显的提高。     

Mechanical model for the analysis of steel frames with semi rigid joints

The rigidity of joints is known to affect the structural behaviour of steel frames. Accurate determination of such rigidity may require the use of laborious numerical modeling (such as Finite Element) of the joint. The main objective of this paper is to present a mechanical model in order to take into account the influence of the joints on the behaviour of steel frames. This mechanical model is based on the analogy of three springs, and a non deformable element of nodes describing relative displacements and rotations between the nodes and the elements of the structure. For this model, a stiffness matrix and a nodal load vector of a beam element in bending are obtained. Examples are provided to illustrate the simplicity and efficiency of the method.     

特高面板砂砾石坝结构安全性论证

基于试验研究与数值计算分析,对新疆大石峡250 m级特高面板砂砾石坝结构安全性进行了论证。结果表明:压实后的砂砾石料有较高的变形模量、较小的流变和地震残余变形,大坝运行期坝体最大沉降仅为最大坝高的0.64%;设计地震用下坝体最大震陷量仅为最大坝高的0.40%;静、动力荷载作用下,面板周边缝的沉陷和张拉值均未超过国内外已建工程的最大实测值,周边缝的剪切位移虽然比国内外已建工程的最大实测值大,但中国在混凝土面板接缝止水结构与材料方面的技术储备已经能够满足其要求。因此,与相同高度的面板堆石坝相比,面板砂砾石坝变形安全控制的难度较小。需要指出的是,250 m级特高砂砾石坝的防渗面板在静、动力荷载作用下的轴向和顺坡向拉、压应力极值较高,有必要在面板周边缝和压性垂直缝两侧一定范围配置加强钢筋。     

四分叉铸钢节点拓扑优化及3D打印制造

针对铸钢节点质量过大和应力分布不均衡等问题,采用拓扑优化的方法对竖向荷载作用下四分叉铸钢节点的最优形态进行了研究。利用SolidWorks三维建模软件建立原始节点模型并应用HyperWorks有限元软件中的OptiStruct求解器对其进行了拓扑优化,分析惩罚因子、棋盘格控制等优化参数的影响,经多次对比调试得到四分叉铸钢节点的最优拓扑模型。以两种实际工程节点为算例,分析拓扑优化方法用于节点优化设计的实际效果。将拓扑优化节点有限元模型转化为STL文件,并将其导入切片软件中进行代码编译,应用FDM技术、SLM技术及快速铸造工艺等3D打印方式制造拓扑优化节点的缩尺模型。研究结果表明：拓扑优化可以在保持节点良好力学性能的同时降低铸钢节点的自重,利用拓扑优化的方法寻找铸钢节点的最佳形态是有效可行的;3D打印技术应用于节点制造,不仅可以显著改善制造精度,还可以解决拓扑优化形成的复杂形体采用传统工艺难以制造的关键问题。     

覆盖层上面板堆石坝趾板与基础连接方式的研究

采用三维弹塑性有限元分析,对那兰水电站混凝土面板堆石坝趾板与基础的两种连接方式——刚性连接与柔性连接进行了比选及技术论证。不同连接方式下的坝体应力与变形计算结果表明:两种连接方式对坝体、坝基及混凝土面板的应力与变形影响很小;但对防渗墙和趾板的变形有较大影响,刚性连接下防渗墙与趾板的变形要小于柔性连接情况;两种连接方式下防渗墙和趾板的应力总体上没有很显著的差异,都在其应力允许范围内;两种连接方式下,面板周边缝变位差别较大,采用刚性连接方式时,面板周边缝有较大沉陷,甚至超过一般止水构件所能承受的变形能力。综合对比两种连接方式下的坝体应力、变形计算结果,建议采用柔性连接方式连接趾板与基础。