基于RS-可拓云模型的水工隧洞围岩安全评价

为了提高水工隧洞施工安全评价结果的可靠性,选取岩石质量指标、湿抗压强度、完整性系数、结构面强度系数、地下水渗水量5个因素作为评价指标,运用改进重要度的粗糙集计算客观权重,选取可拓云模型充分考虑以往围岩评价过程中由于等级分界与数据获取存在的不确定性,构建了基于RS(粗糙集)-可拓云模型的水工隧洞围岩安全评价方法,并将该方法应用于某水工隧洞中的12段围岩中。结果表明,改进重要度的粗糙集计算的权重,既能满足所得权重的客观性,也能保证评估结果具有一定的解释性,基于RS-可拓云模型对于水工隧洞围岩安全等级的确定较为有效,通过该方法得出的隧洞围岩安全等级与实际情况一致。研究成果为水工隧洞围岩安全评价提供了一定的参考。     

引水隧洞初期支护及其施加时机对围岩稳定性的影响

为研究初期支护对水工隧洞开挖后围岩稳定性的影响,以Hypermesh平台建立有限元模型,采用ABAQUS作为计算和后处理软件,分析了裸洞开挖以及在不同时机施加初期支护时围岩的变形、应力和塑性破坏区,探究了工字钢采用等效模拟的可行性。结果表明,采用等效参数法模拟钢拱架合理,初期支护可有效提高围岩的稳定性,且随着施加时机的提前,围岩稳定性越好,但同时支护结构的受力会越大。为减轻初期支护的负荷,需要充分发挥围岩自身的承载能力。因此,合理选择最佳施作时机十分重要。     

基于可靠度理论的现役渡槽使用性能评估

在充分考虑混凝土建筑物各种不确定性的基础上,基于混凝土建筑物的结构特点和功能,以河南省昭平台灌区中渡槽建筑物为例,构建了功能函数或失效模式,采用结构可靠性理论计算了各部位可靠指标或失效概率,并科学评估了建筑物的使用性能.结果表明,该方法有效可行,并具有实际应用价值.     

大型导流隧洞衬砌结构与围岩稳定研究

导流隧洞广泛应用于工程建设中,钢筋混凝土衬砌支护也是目前导流隧洞的主要支护方式。采用非线性有限元分析方法,对某水电站导流隧洞洞身特征断面进行了计算,并引入了点点接触单元,对在内水作用下围岩和钢筋混凝土衬砌之间存在初始缝隙时的联合承载特性进行了分析;引入了接缝单元,对围岩与钢筋混凝土衬砌接触部分在外水作用下的工作特性进行模拟,分析了衬砌与围岩接触面强度对衬砌应力的影响,研究结果对其他导流隧洞衬砌结构设计和施工具有一定的指导意义。     

考虑材料性能退化影响的锈蚀水工组合梁时变可靠度分析

随着运行年限的增加,水工组合梁在外部环境和荷载的作用下材料力学性能会发生一定程度的退化,基于时变理论对水工组合梁的安全可靠度分析已成为其安全评价的重要内容。为此,采用Monte Carlo随机有限元法,结合材料性能退化规律,分析研究了锈蚀水工组合梁时变可靠度规律。通过工程算例分析,得到了材料性能随时间线性衰减情况下水工组合梁的屈服强度和弹性模量,研究了材料性能退化与否对水工组合梁失效概率和可靠度的影响,并对计算所得到的失效概率和可靠度进行数值拟合。结果表明,水工金属结构屈服强度和弹性模量随锈蚀程度的加深而减小,且与失重率呈线性关系;无论是否考虑材料性能退化规律,水工组合梁可靠度指标均为线性变化,可根据拟合后的线性规律计算出任意时段水工组合梁可靠度指标。     

水工地下隧洞在地震荷载作用下的动力特性分析

应用土与结构动力相互作用理论,基于ANSYS软件建立了围岩-水工地下隧洞结构非线性动力相互作用的有限元分析模型,采用整体有限元分析方法对隧洞衬砌结构进行了地震时程反应的数值分析.分析了衬砌弹模、围岩类别以及地震波频率对洞室位移和应力响应的影响.     

兆瓦级风力机结构系统可靠性分析的样本分数阶矩最大熵方法

以兆瓦级风力机塔架和叶片极限载荷的概率外推模型为基础,结合载荷动态响应峰值的独立同分布假设和三参数威布尔模型,外推获取了正常湍流和极端湍流强度条件下风力机关键部件长期服役载荷概率分布;进一步通过无量纲极值统计量定义系统失效的结构可靠性状态函数,结合样本分数阶矩和最大熵理论提出兆瓦级风力机关键部件结构可靠性分析的数值方法,对比湍流模型对兆瓦级风力机关键部件结构失效概率的影响。计算结果表明：样本分数阶矩最大熵方法能有效重构结构可靠性状态函数的概率分布;基于无量纲极值统计量的系统可靠性建模方法能有效表征风力机关键部件耦合相关失效问题,结合该文方法可获得系统失效概率的准确预测结果;湍流模型对风力机结构失效概率影响较大,难以预先判定何种模型将得到结构失效概率的保守预估结果,需结合IEC 61400-1标准中的设计载荷工况细致分析后才能确定。     

反应堆压力容器概率断裂力学计算中的不确定性分析

为评价输入参数对反应堆压力容器特定运行事件下失效概率计算结果的影响,建立了反应堆压力容器概率断裂力学计算模型,对计算所用主要参数进行敏感性分析,得到了缺陷类型及形状、辐照脆化程度、材料化学成分及温预应力对容器失效概率的影响,并分析了各参数的敏感程度.结果表明:输入参数的可靠性是保证概率断裂力学分析结果可靠有效的前提,材料化学成分及缺陷深度等参数对计算结果有重要影响.     

含分布式电源的配电网安全可靠性研究

介绍了配电网可靠性计算理论,并建立了配电系统单个元件的可靠性模型。利用概率论和不确定性建模思想,建立了风机、光伏的分布函数以及随机性出力概率模型,阐述了含分布式电源的配电网可靠性计算方法。基于该模型和计算方法,分析了不确定性计算方法结果的特点,并选择失负荷概率LOLP及电力不足期望EDNS两个指标多次计算的平均值作为后续计算比较的依据,研究了分布式电源类型、容量、位置对可靠性的影响。     

考虑围岩稳定性评价的引水隧洞施工过程仿真系统

根据施工过程中的围岩稳定情况确定出合理的施工进尺并实时可视化评价结构安全状况具有重要的工程意义。首先利用BIM建模软件建立三维基础模型,通过对建模软件进行二次开发并结合系统仿真原理得到引水隧洞施工进度;其次将几何模型转换为数值计算模型并建立进度数据库与引水隧洞数值模型之间的映射关系,通过有限元分析围压系统的安全状况,根据不同进尺下的进度计算及围岩稳定分析结果,合理选择施工进尺;最后基于Python+VB.net混合编程技术编制了引水隧洞施工进度与围岩稳定安全仿真系统。工程应用表明,该系统将隧洞施工进度、支护体系与围岩稳定性进行结合,可为合理制定施工计划及施工现场控制提供可视化技术及数据支持。     

深埋软岩隧道开挖及支护变形特征研究

针对滇中引水工程中磨盘山隧道的深埋软岩段,利用ANSYS建立三维数值模型,通过FLAC~(3D)进行计算,研究了深埋软岩隧道开挖及支护后围岩的变形和破坏特征。结果表明,围岩强度和隧道埋深是影响隧道变形破坏的重要因素。隧道开挖后,应力重分布,隧道前段围岩强度较小,变形总位移、塑性区范围大于后段,在拱腰两侧对称形成两个应力集中区。隧道支护后,有效限制了隧道变形的继续发展,各部位总位移值减小,塑性区范围也得到抑制,拱腰两侧应力集中区向洞壁靠拢,应力分布也变得均匀。     

内水外渗作用下有压管道衬砌渗透损伤耦合分析

为研究内水外渗作用下有压管道混凝土衬砌渗透损伤规律,基于弹塑性损伤有限元理论,建立了损伤度与渗透率的匹配关系,采用增量变塑性损伤刚度迭代方法,模拟了水工隧洞充水运行过程中,混凝土衬砌在渗流-损伤-应力耦合作用下的损伤过程,并对衬砌与围岩的承载比例及受力变形特征进行了分析。工程应用结果表明,混凝土衬砌损伤系数沿衬砌厚度由内而外线性减小,损伤开裂减小了衬砌的水力梯度,改善了衬砌的受力条件;洞周锚杆系统发挥自身刚度作用加固围岩,且承担内水外渗的体积荷载,提高了衬砌和围岩联合承载能力;固结灌浆对提高围岩承担内水荷载及防渗能力起主要作用。     

深埋节理岩体隧洞开挖与支护的3DEC模拟

针对埋深大、结构面复杂的隧洞稳定性及支护效果,应用离散元法对建立的节理岩体隧洞模型分别模拟隧洞开挖与支护后的隧洞围岩应力及位移变化。结果表明,隧洞开挖后围岩变形稍大,并需考虑地下水对隧洞围岩的影响,需对隧洞进行支护处理;支护后的隧洞围岩位移变形减小,围岩稳定性得到增强。     

岩石力学参数对地下洞室群围岩变形的敏感性分析

岩石力学参数的不确定性是影响地下洞室群围岩稳定性分析的主要因素。以某水电站地下厂房为例,结合工程区域的地质条件,建立三维弹塑性有限元模型,通过单因素敏感性分析方法分析了岩石块体和断层的弹性模量、粘聚力、内摩擦角和泊松比对洞室开挖完成后典型机组断面关键点位移的敏感性。结果表明,顶拱处岩石块体内摩擦角为最敏感参数,其次为块体弹性模量;边墙区域岩石块体弹性模量、内摩擦角敏感性最大;而断层参数的敏感性均较小。因此对该工程进行参数选取时,需对岩石块体弹性模量和内摩擦角加以评估并进行精细化测定,提高数值模拟结果的可靠性。研究成果可为类似工程提供借鉴。     

超大断面隧道软弱破碎围岩开挖方案选择及应用效果分析

针对粤东丘陵区某超大断面隧道进口段围岩较软弱破碎、处理不当极易坍塌的问题,为确保工程在该不良地质条件下顺利施工,采用FLAC3D数值软件对超大断面隧道软弱破碎围岩开挖进行数值模拟,通过对比分析双侧壁导坑开挖法和三台阶开挖法对围岩变形、塑性区分布的影响程度,寻找出最适合该隧道Ⅴ级软质破碎围岩段的经济、快速施工方法。将现场监测的围岩变形数据与数值仿真计算结果进行对比表明,三台阶开挖法可以更有效地控制超大断面隧道软弱围岩变形,适合于超大断面隧道软弱破碎围岩段的快速施工。     

超前灌浆参数设计及其加固防渗效果的数值分析

鉴于地下水丰富且地质条件复杂洞段采用超前灌浆技术是解决涌水突砂和加固围岩效果较好的工程措施。选取滇中引水隧洞高埋深、高水头、Ⅳ类围岩段为例,采用数值分析的方法探讨了超前灌浆深度的合理化选取,并对比分析了有无超前灌浆下洞周围岩的加固和防渗效果。结果表明,与无超前灌浆相比,在合理的灌浆深度下洞周围岩的变形量和破坏深度及隧洞的渗水量均明显减小,超前灌浆达到了加固围岩和防渗的双重效果,为实际施工中遇到类似问题提供了切实可行的建议。     

基于各向异性本构模型的隧道围岩稳定性研究

在地下工程设计中普遍将岩体近似为各向同性体并不能反映裂隙组的分布对岩体各向异性的影响,为此将岩体视为由基岩和定向裂隙面构成的一种宏观复合材料,基于Drucker-Prager准则,在考虑结构面的几何特性和力学性质基础上建立岩体各向异性本构模型,据此模拟了某隧道开挖施工过程。结果表明,各向异性本构模型可较好地模拟隧道围岩各向异性及其破坏特征,与工程实际相符。     

基于深埋隧洞围岩反馈分析的摩尔库伦准则优化

传统摩尔库伦准则作为一种线性强度准则并不能准确地描述深部岩体的非线性强度特征。借鉴土工原理经验,基于遗传算法对硬岩围岩参数反分析,利用随围压变化的围岩参数内摩擦角反映深埋岩体的强度非线性行为,优化摩尔库伦准则。在对比遗传算法和人工神经网络对深埋硬岩围岩参数反分析的基础上,利用ABAQUS有限元软件平台,从理论分析和实例计算两方面验证该改进强度准则的合理性。结果表明,应用改进的摩尔库伦强度准则正演的测点位移增量值更接近监测数据,该准则对深埋隧洞硬岩围岩有较好的适用性。