黏性土-结构接触面剪切变形时的渗透机理分析

高心墙堆石坝在心墙和岸坡混凝土垫层间常设有一层接触黏土。这层接触黏土在缓解心墙与混凝土之间较大的不协调变形的同时还应具有较强的抗渗能力。接触面附近土体在高水头作用下产生大剪切变形,处于复杂的应力、变形和渗流状态。工程界普遍对此处是否更容易发生渗透破坏抱有疑问。接触面剪切-渗流试验的结果显示,在土体与结构之间发生较大剪切错动的情况下,渗透性呈现减小的趋势,但对其机理尚不清楚。本文在Biot固结理论的基础上,结合剪切渗透系数模型反映物理状态和变形对渗流场的影响,利用接触面单元反映试验中不同部件之间的接触关系,建立多体-多场耦合分析方法,对接触面剪切-渗流试验进行了数值模拟。通过分析计算结果,揭示了在接触面剪切-渗流的过程中,土体内部的应力-变形和孔隙比的演化过程以及渗透特性的内在机理。     

边坡深层抗滑稳定动力分析

岩体结构面在循环加载条件下的力学特性直接关系到上部结构的稳定安全.本文结合边坡动力抗滑稳定工程算例,采用有限元接触分析方法,对岩休结构面的理想弹塑性模型、简化非线性模型、考虑剪胀和磨损等现象的复杂非线性模型的计算结果进行了对比分析.接触面的理想弹塑性模型低估了接触面的变形能力,计算出的位移偏小,屈服区范围偏大,安全系数偏小.简化非线性模型的刚度随变形的增加而减少,增强了接触面的变形能力,计算出的位移增大,屈服区范围偏小,安全系数偏大.天然岩体结构面具有峰值剪切和剪胀特性,在循环加载条件下,峰值摩擦角、剪胀角会逐步磨损,考虑这些复杂特性后,模型计算结果处于理想弹塑性模型和简化非线性模型之间,更准确地模拟了接触面的受力变形特性.     

接触面弹塑性损伤模型在面板堆石坝应力变形分析中的应用

本文建立粗粒土与结构接触面弹塑性损伤模型及其数值格式，可以较好地描述垫层料等粗粒土与结构接触面的静动力学特性；编制程序，模拟接触面试验结果，采用不同接触面模型及参数对某高面板堆石坝的应力变形进行三维有限元分析。面板与垫层料接触面的本构模型及参数对面板应力变形影响很大，接触面弹塑性损伤模型及其数值格式适用于面板堆石坝的应力变形分析，不仅能够较为合理全面地描述土与结构接触面的体应力应变关系、剪应力应变关系及其耦合力学特性，而且还能模拟混凝土面板和垫层土接触面之间的滑移和脱开的不连续性。     

考虑桩土相互作用的大跨越基础桩距优化研究

利用有限元ANSYS软件对2．3d、2．5d、3d、3．5d桩距的某特高压大跨群桩基础进行了三维弹塑性分析。通过无厚度的接触面单元模拟桩-土之间的非线性接触特性，采用Drucker-Prager弹塑性本构模型描述土的非线性特性，桩取为弹性，得到了上拔和下压两种荷载组合下的桩基轴力以及土体应力位移，分析结果证明合理减小最小桩距，节省材料及优化基础设计是可行的。     

山体岩石泥化夹层的动力抗剪强度

本文应用振动三轴试验研究了小浪底山体岩石泥化夹层原状岩芯试样在低频、高振次周期荷载作用下的变形和强度特性。试验结果表明,由于该泥化夹层与岩石的接触面是磨光面,因而它的静、动力抗剪强度都取决于接触面的强度;只要总剪应力不超过接触面的抗剪强度,泥化夹层的残余变形将随周期荷载作用次数的增加而渐趋稳定,不会因强度疲劳而产生突发性破坏。分别从泥化夹层本身的剪应变与接触面上的切向位移出发。分析了该泥化夹层岩芯试样的动力抗剪强度,发现其值随循环荷载振次增加而减小,但渐趋稳定,其最终稳定值与同样试验条件下的静抗剪强度值相当。     

考虑桩土相互作用的大跨越基础桩距优化研究

利用ANSYS对2.3 d2、.5 d3、d3、.5 d桩距的某特高压大跨群桩基础进行了三维弹塑性分析。通过无厚度的接触面单元模拟桩-土之间的非线性接触特性,采用Drucker-Prager弹塑性本构模型描述土的非线性特性,桩取为弹性,得到了上拔和下压两种荷载组合下的桩基轴力以及土体应力位移,分析结果证明合理减小最小桩距,节省材料及优化基础设计是可行的。     

高土石坝抗震安全评价与抗震措施研究进展

本文总结介绍了高土石坝抗震安全评价与抗震措施的最新进展。主要内容包括,筑坝材料(堆石料、土与结构接触面、防渗混凝土材料)弹塑性本构模型、大坝–地基–库水动力相互作用分析方法、高性能精细化有限元计算软件开发、高土石坝地震破坏全过程模拟、面板堆石坝面板抗震措施等。最后总结了高土石坝安全评价理论与方法的发展方向,包括高土石坝体系地震响应分析方法、筑坝材料力学特性和本构理论、计算技术和分析软件、抗震安全评价方法。     

细粒硫酸盐渍土抗剪强度特性试验研究

影响天然硫酸盐渍土强度的因素众多,规律难以探索,为确定含盐量对硫酸盐渍土抗剪强度的影响,通过直剪试验研究了不同含盐量的硫酸盐渍土抗剪强度特性,研究表明:在直剪应力状态下,剪应力–剪切位移关系曲线有应变硬化(加工硬化)和应变软化(加工软化)两种形态,取决于含盐量、含水量、法向应力等因素。抗剪强度包线近似为折线型,与传统结构性土体包线形态一致,表明了硫酸盐渍土在直剪应力状态下仍然属于结构性土体。易溶盐含量对抗剪强度影响较大,总的变化趋势是:随着含盐量的增加,相同法向应力作用下的硫酸盐渍土的抗剪强度有不同程度的先减小后增大再减小的特点。     

沙湾水电站一期围堰塑性混凝土防渗墙应力变形分析

本文采用平面非线性有限元方法,分析沙湾水电站一期围堰双高塑性混凝土防渗墙的应力变形特性.采用邓肯·张E-B模型模拟土体和塑性混凝土的本构关系,采用Goodman模型模拟墙体与周围土体的相互接触作用,采用改进的Mana方法模拟围堰基坑的逐级开挖过程,采用逐级增量法模拟围堰填筑、防渗墙修建、基坑开挖抽水等整个施工过程.计算结果表明墙体的应力变形具有良好的规律性;推测原墙的破坏主要由于过程控制等因素引起;并对新墙设计提出合理建议.     

基于幂函数流变模型的高混凝土面板坝流变分析

采用高围压下的幂函数流变本构模型进行堆石体应力变形计算，推导该本构模型在三维有限元分析中的具体算法和实现步骤，对水布垭面板堆石坝进行了考虑堆石流变性的应力应变分析。结果表明，考虑堆石流变后的坝体沉降有明显的增加，对面板的应力变形状态有较大影响。因此，对于分期浇筑面板、分期蓄水的水布垭高面板堆石坝，选用合适的流变模型正确模拟堆石体的变形特性，以便采用合适的施工程序减小面板应力变形具有重要意义。     

基于物质点法模拟分层加筋边坡离心模型试验北大核心CSCD

加筋土边坡的破坏涉及大变形问题,传统的有限元法由于网格畸变带来的数值问题,难以模拟加筋土边坡的破坏。目前关于加筋土边坡破坏的数值模拟研究比较少。物质点法适合模拟大变形的问题。而如何使用物质点法模拟筋材和土的相互作用是一个挑战。本文借鉴杂交物质点有限元法的思路,编写程序模拟了加筋土边坡破坏的离心模型试验。离心试验加速度增加过程中土工布的最大应变、加筋边坡破坏时的滑动面位置、滑体形状模拟结果与试验结果基本一致,边坡最右侧竖向应力模拟值与理论估计值吻合,较好地模拟了加筋边坡的主要特征,验证了方法的可行性,是使用物质点法模拟加筋土大变形问题的一次成功尝试。     

500 kV输电线路基础沉降铁塔的可靠度分析

以存在地质隐患的500 kV张恩输电塔线体系为研究对象,以基础沉降及随机风荷载为影响因子,基于矩方法计算塔线体系的可靠度。采用梁单元及悬链线索单元对输电塔、导线和绝缘子进行模拟,建立塔线耦合体系的三维有限元模型,基于等效随机静风荷载模型,利用统计矩点估计法求解前4阶统计矩,计算塔线体系的可靠度。其结果表明基础沉降对杆塔可靠度影响较大,特别是在考虑随机风荷载作为不利荷载组合时,其可靠度降低,表现为轴压失效和偏压失效,与耐张塔的构件失效模式一致,说明可靠度分析方法的可行性。结合输电线路的变形监测,深入研究地质灾害伴随的荷载随机性及变异性导致杆塔受力的不确定性,以更准确描述输电线路结构体系的可靠性和安全性。     

降雨诱发山区线路溜坡的模型试验与机理研究

长时间降雨常引起山区架空输电线路塔位边坡发生浅层溜坡,给线路的运行带来重大安全隐患.影响溜坡的因素众多且相互干扰.利用自制小比例尺模型槽进行人工降雨诱发溜坡的室内模型试验,分析在强降雨条件下土性对溜坡的影响.通过在试验过程中对溜坡的破坏形态和位移场进行分析,研究强降雨条件下土体发生溜坡下滑的内在机理.研究表明,浅层溜坡是一个雨水入渗、土体变形、基质吸力降低、孔压升高、土水相互作用的复杂过程.在强降雨条件下的溜坡呈流滑型破坏类型,即呈流态化的后部土体在土水重力和水体渗透力共同作用下,推动前部土体快速下滑.     

神经网络在柱状节理玄武岩体参数反演中的应用

白鹤滩水电的主要建基岩为二叠系厚层玄武岩,具有特殊的柱状节理构造.目前针对柱状节理岩体物理力学特性的研究较少,没有适应其力学特性的本构模型和破坏准则.而将柱状节理离散化,利用离散元对其力学特性进行分析研究是一种较为可行的方法.目前还没有确定节理面参数k_n、k_s较为通用和可行的方法,本文以白鹤滩水电站现场承压板试验为依托,尝试将离散元和神经网络联合对其节理面参数进行反演,将反演得到的参数赋予离散元的计算模型对现场承压板试验进行数值仿真分析,通过计算结果与实测值比较说明该方法的可行性.     

糯扎渡高心墙堆石坝心墙砾石土料变形参数反演分析

采用室内中型三轴试验和现场碾压载荷试验对糯扎渡高心墙堆石坝心墙砾石土料的变形特性进行了研究。试验结果表明，采用掺入35％花岗岩碎石的风化混合土料作为心墙防渗土料是合适的，掺入的碎石料可显著提高心墙土料的变形模量，这对减少心墙和堆石体的不均匀沉降和拱效应，防止心墙发生水力劈裂是十分有益的。对现场载荷试验进行了基于神经网络和演化算法的位移反演分析，在有限元计算中提出了通过给定加载函数初始值来描述坝料由碾压过程所致的初始超固结状态的方法。研究结果表明，对糯扎渡心墙砾石土料，由室内三轴试验和现场载荷试验得到的变形特性基本一致。     

基于ABAQUS的高混凝土面板堆石坝地震反应三维非线性分析

ABAQUS软件是目前国际上功能最强大的非线性有限元软件之一。该软件包括了众多材料本构模型,但尚缺少国内外土石坝动力分析中广泛采用的等效线性化本构模型。本文在ABAQUS软件上实现了土的动力等效线性化模型和土石坝地震永久变形计算,并通过一个典型算例进行了验证;在此基础上,对一座拟建中的高混凝土面板堆石坝进行了地震响应分析,重点分析大坝的绝对加速度、动位移和残余变形等动力反应情况。结果表明,坝体在地震作用下的响应不强烈,但坝顶出现明显的鞭稍效应,需采取相应的抗震工程措施。     

随机地震作用下大型渡槽结构可靠性求解方法

基于混凝土连续介质损伤力学和概率密度演化理论,结合物理随机地震动建模方法和精细化有限元分析程序,建立了大型渡槽结构随机动力反应分析与可靠度评估框架。以某大型钢筋混凝土渡槽结构为研究对象,采用OpenSEES基于纤维梁单元建立其三维有限元分析模型。以工程地震动物理随机函数模型生成的100条随机地震动样本及相应的赋得概率为基础,开展该渡槽结构的随机地震反应分析,获取渡槽结构的随机动力响应。进而通过概率密度演化方法可获得结构响应的概率密度随时间涨落情况。以渡槽槽墩极限位移角响应为吸收边界条件,可获得不同给定阈值条件下渡槽结构的动力可靠度指标。所建议的分析框架和方法将为渡槽结构的抗震分析与可靠性设计提供重要借鉴。