龙滩碾压混凝土坝随机损伤力学分析的 模糊自适应有限元研究

在分析了损伤、概率、模糊隶属度在[0,1]区间内度量协调一致性基础上,为了更深刻理解和更本质地描述与研究损伤力学提出发展模糊随机损伤力学的观念.探讨损伤变量广义不确定性实质,进而构造并解释三类损伤变量的模糊性态,提出对应的模糊映射分布形式,即降半分布、"秋千"分布和组合"秋千"分布,三者可以分别探讨不同形式下随机损伤的模糊演变过程,实现了随机损伤变量的模糊化自适应生成与构建.分析并论证损伤广义概率特性,根据扩张原理及随机损伤变量满足??概率分布的理论和定义,对模糊集上随机损伤变量的概率分布函数和概率密度函数积分进行修正,结合当量正态理论,将三类模糊随机损伤泛函引入本构方程完成模糊随机有限元可靠度与模糊随机损伤的同步分析,实现了损伤模型的清晰化过程.借助自主研制的模糊随机损伤有限元程序,对龙滩碾压混凝土坝进行三维模糊随机损伤场力学性态的分析与研究,从而把随机场参数的统计相关性、非正态分布性全面融入模糊随机损伤分析的模型中,把损伤变量的不确定性做了完善的延拓、将模糊和随机两种不确定因素合理有效地引入连续损伤力学的分析与建模中.该研究工作对非确定损伤力学研究及结构可靠度分析都提供了一定的参考价值.     

基于细观损伤的混凝土破裂过程的三维数值模拟

在细观力学基础上将损伤力学和计算力学相结合来分析混凝土试件的变形、损伤和破坏过程。把混凝土简化成由骨料、砂浆及其二者之间的界面层所组成的三相复合材料,在已建立的混凝土骨料随机分布三维模型基础上用界面单元多次细分技术进行有限元网格划分,基于弹性损伤本构关系采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化,用弹性模量的折减程度来反映混凝土试件在加载过程中的损伤程度。对混凝土圆柱体试件进行了数值模拟计算。进而通过损伤对混凝土材料裂纹的扩展、贯通以及最后破坏的过程进行研究。     

基于离散元的EMAS泡沫混凝土贯入力学性能研究

通过贯入力学试验研究特性材料拦阻系统（EMAS）泡沫混凝土在破碎碾压过程中的力学性能,并分析了冻融作用对其压溃强度及吸能效果的影响.在初步建立泡沫混凝土离散元模型的基础上,提出“虚拟试验法”,以获得泡沫混凝土离散元模型的最佳参数组合.通过模拟抗压强度试验证明了模型仿真精度可达97.7%.在此模型的基础上,研究了混凝土子颗粒及孔隙颗粒的半径和力学参数对材料贯入力学性能的影响.所提出的EMAS泡沫混凝土材料离散元模型可为EMAS拦阻过程仿真提供更为精确的研究方法 .     

混凝土细观分析的研究现状

介绍了混凝土细观力学分析方法,即混凝土数值模拟和CT试验研究,数值模拟详细分析讨论了随机骨料模型、格构模型、随机力学特性模型、统计细观损伤力学模型、离散元模型等5种细观力学数值模型的特点以及高性能并行计算作用及实现.考虑到国内医用CT试验只能进行一级配混凝土试件拉、压破坏试验,对二级配混凝土只能进行拉伸破坏试验,因此对多级配混凝土进行细观分析.必须与工业CT结合,将可以完成拉伸、压缩、动力试验,为混凝土的细观研究提供了另一条路径.     

准脆性材料的物理力学参数随机概率模型及破坏力学行为特征

结合数值计算分析,讨论几种采用常见随机分布函数来实现的非均匀性弹性损伤模型,定义随机概率模型的非均匀性指标,并采用数值模拟方法研究这些随机分布函数的概率模型在载荷作用下的破坏过程,对比分析几种概率模型的合理性与适用性,同时也探讨物理力学参数随机分布的相关性的影响.研究结果表明,无论是采用哪种分布函数,比较均匀的试样强度较高,并且表现出具有更加脆性破坏特征,而随机分布模型中力学参数的相关性对材料的破坏力学行为影响很大;采用对数正态分布函数来描述岩石类材料的非均匀性比较合理,也可以纳入非均匀概率模型库中.相比较而言,Weibull随机分布模型具有物理概念清晰、应用较简单的特点.统计损伤理论中很难考虑破裂局部化等问题,基于统计理论上的数值计算实现简单方便,适用范围更广.在细观力学和统计强度理论基础上,将损伤力学与计算机技术相结合将是一种有前途的分析方法.     

混凝土损伤演化的随机力学参数细观数值影响分析

在提出一种交叠骨料微步长迭代自动调整算法的基础上,采用任意凹凸型骨料配置算法建立混凝土细观数值试件。基于细观单元的弹性损伤本构关系,采用位移控制模式,着重针对两类常用的力学参数随机分布——Weibull及对数正态分布,进行了不同力学参数的常规混凝土拉压数值模型破坏试验,分析了主要力学参数的随机分布对混凝土试件宏观表征力学性质的影响。该研究可为混凝土细观数值模型中力学参数的合理确定提供依据。     

非均质混凝土破坏过程的细观数值试验

结合细观单元的弹塑性各向异性损伤本构模型,建立了研究非均质混凝土破坏过程及其非线性力学行为的细观数值试验模型。该模型基于混凝土材料细观层次的结构特征,采用Weibull随机分布函数引入材料的非均匀性;同时,为反映加载边界条件如端部约束等的影响,采用Bathe提出的接触问题约束函数法处理不同物体之间的相互作用。运用该模型,对压缩和拉伸加载方式下混凝土的渐进性破坏过程进行了系统性的数值试验,其结果与他人的研究结果基本一致,从而验证了该模型的合理性。该模型为从细观层次研究复杂加载方式下混凝土的渐进破坏过程,进一步揭示混凝土的破坏机理及其非线性力学行为本质提供了一种新的数值试验手段。     

基于不同损伤本构模型的钢筋混凝土剪力墙结构数值模拟

混凝土材料的力学行为具有典型的非线性与随机性特征。而科学合理的本构模型是进行混凝土结构动力反应与抗震整体可靠性分析的基础。为深入研究该问题,采用三类不同的混凝土损伤本构模型,包括混凝土塑性损伤本构模型、混凝土细观随机断裂损伤模型和考虑拉压软化效应的混凝土细观随机断裂损伤模型,对1个9层钢筋混凝土剪力墙结构进行精细化动力反应数值模拟,并与已完成的振动台试验结果进行对比。结果表明：采用三类模型均能较好地预测混凝土剪力墙结构的顶层位移最大值;然而,由于不合理地假定了损伤完全决定于塑性,采用经典塑性模型难以获得正确的结构层间位移角分布和损伤分布;与之相比,采用混凝土细观随机断裂损伤模型能够很好地反映混凝土结构的失效模式、裂纹开展和损伤分布,尤其通过进一步引入拉压软化效应,不仅能够定量反映上述特征及弯剪破坏形态,而且能够反映试验中存在的底部受压破坏模式。     

基于塑性损伤本构的七层混凝土剪力墙结构动力时程分析

混凝土材料是一类典型的准脆性材料,其力学行为介于弹性与脆性材料之间。为表征其力学特性,在连续介质力学的框架内,人们发展了混凝土损伤力学的分支。简言之,混凝土损伤表征的是材料细微观裂纹的萌生、发展与聚合效应在宏观上的综合现象。不同于断裂力学,损伤的存在并未打破连续介质力学的连续性假定,针对工程问题,则可以通过损伤力学结合有限元方法对混凝土结构进行模拟。结合混凝土材料塑性损伤本构模型与三维壳单元,本研究开展了一个7层足尺混凝土剪力墙结构的动力时程分析,并与实验结果和其他研究者的分析结果进行了对比,考察了混凝土剪力墙结构的抗震性能,并验证了模型的有效性。     

堆石混凝土三维力学模型建模方法

为建立堆石混凝土三维力学模型,首先采用三维随机多面体来模拟堆石颗粒,提出了堆石颗粒的空间随机分布算法和密实算法;其次提出了自密实混凝土填充算法,生成了堆石混凝土三维力学模型;最后利用建立的三维力学模型,分析了单轴受压条件下,堆石混凝土结构组成对其力学性能的影响,并将计算结果与试验结果进行了对比.结果表明:所建立的堆石混凝土三维力学模型不仅能够反映堆石颗粒大小、形状和空间分布的随机性,还能反映其密实过程和堆石体骨架对堆石混凝土力学性能的影响,具有一定的可靠性,可以弥补试验条件的限制,为进一步研究堆石混凝土力学性能提供参考.     

白龙江花园水电站坝型选择

根据花园水电站坝址地形、地质条件,从坝址基岩特性、泥沙情况、建坝材料等方面对混凝土面板堆石坝和混凝土重力坝进行比较,又从工程投资、施工工艺等方面对筑坝混凝土材料进行比选,最终选择常态混凝土重力坝为推荐坝型。     

Assessment of the safety of earth dams

The assessment of safety of earth dams based on the results of preliminary inspections is analyzed by fuzzy calculus. Fuzzy sets are used to represent the engineer's judgement on the seriousness (gravity) of observed defects and their relation to dam dafety. Two analytical models are proposed and applied to three earth dams exhibiting different types of defects. The results of the calculations are compared with the engineer's recommendations.     

尾矿坝稳定性分析的模糊随机可靠度模型及应用

针对传统可靠度及坝体安全系数计算方法存在的两个方面的不足:①实际工程中不可能给出设计变量精确的均值,而且这些均值在很大程度上受到许多客观因素或人为作用的影响,这些影响程度具有较大的模糊性;②传统的可靠度理论以Z=0作为度量坝体是否失效的界限,在零点两侧,结构的失效和安全状态是以突变形式转化的,但坝体从安全到破坏很难用明确界限划分,在可靠与失效之间有一个中间过渡状态存在,是一个模糊范围。在解决以上两个问题的基础之上,首次将模糊可靠度理论应用到尾矿坝的稳定性研究中,既考虑尾矿坝破坏事件的模糊性,又考虑主要变量和参数的模糊性,将模糊性和随机性相结合,研究尾矿坝工程的模糊随机可靠度分析方法。工程实例计算表明:计算结果与实际情况吻合良好,较传统坝体安全系数计算方法更加科学合理,更能反映尾矿坝的真实状况,为尾矿坝稳定性的计算提供了一条新途径。     

非线性随机有限元法及其在可靠度分析中的应用

本文以非线性有限元理论和可靠度理论为基础，以二维弹塑性问题为对象，提出了非线性随机有限元的基本思路，并推导了材料非线性问题的基本公式，编制了非线性随机有限元程序。该程序既考虑材料的非线性又考虑参数的随机性，可用于一般弹塑性平面问题的可靠度分析。作为计算实例，研究了重力坝坝基在考虑非线性特性和随机特性情况下的破坏过程和可靠性指标。     

基于区间参数反演的重力坝非概率可靠性分析

传统概率可靠性分析方法应用重力坝结构性能和服役性态评估过程中,其受不确定参数严格随机性、计算结果对参数过敏感性及其功能函数高度非线性等多因素制约。提出了基于区间参数的重力坝单元和体系非概率可靠性(Nonprobabilistic Reliability,NR)分析方法。首先,充分依据重力坝原型监测资料、数学模型和物理模型计算成果获取重力坝区间参数的界限,综合运用区间数学和NR等理论和方法,构建了基于区间参数的重力坝单元与体系NR计算模型,发展了一种基于响应面方法的重力坝NR指标(NR-η)计算方法。其次,从重力坝系统可能失效路径及失效模式入手,剖析单一和多重失效模式下重力坝体系的安全性。最后,通过某重力坝工程表明:方法能够有效地揭示重力坝局部和整体可靠状态,计算结果符合重力坝运行特点前提下与该大坝服役背景状况高度吻合。     

Research review of the cement sand and gravel (CSG) dam

The cement sand and gravel (CSG) dam is a new style of dam that owes the advantages both of the concrete faced rock-fill dam (CRFD) and roller compacted concrete (RCC) gravity dam, because of which it has attracted much attention of experts home and abroad. At present, some researches on physic-mechanical property of CSG material and work behavior of CSG dam have been done. This paper introduces the development and characteristics of CSG dam systematically, and summarizes the progress of the study on basic tests, constitutive relation of CSG material and numerical analysis of CSG dam, in addition, indicates research and application aspect of the dam.     

A solid waste management model with fuzzy random parameters

A novel solid waste management model with fuzzy random parameters (SWMMFRP) was proposed. The model improves the traditional stochastic mathematical programming (SMP) and fuzzy mathematical programming (FMP) methods through tackling dual uncertain parameters in the right-hand side of model constraints. The dual uncertainty is associated with both fuzzy imprecision and randomness. Based on stochastic and fuzzy chance-constrained programming (FCCP) techniques, SWMMFRP was capable of offering more-optimal solution scenarios under multiple uncertainties through incorporating various confidence information into a model framework, and evaluating tradeoffs between system economy and reliability. A long-term municipal waste management case was used to demonstrate the applicability of the proposed method. The results indicated that the model could help generate a spectrum of waste management patterns under different constraint-satisfaction and violation levels and provide support for decision makers to identify desired waste-management strategies. The study case also demonstrated that SWMMFRP is suitable in handling a municipal waste management system that allows somewhat compromise of environmental quality for achieving high economic benefits.     

Dam's risk identification under interval-valued intuitionistic fuzzy environment

This paper uses both fuzzy analytic hierarchy process (FAHP) and the cross entropy of interval-valued intuitionistic fuzzy sets on risk identification of dams. The problem of risk identification can be transformed into a multi-criteria decision-making problem under fuzzy environment. Based on the weight of criteria calculated by the FAHP method and the interval-valued intuitionistic fuzzy information of risk aggregated by geometric average operator, the weight of each alternative can be obtained. The proposed method is used to identify the main risk factors of an earth–rock dam and to rank potential failure modes of the dam. The proposed method takes into account the interval unknown degree (hesitancy degree) in dam safety assessment and it is more effective and accurate in real conditions of dam operation.     

基于模糊综合评判的钢筋混凝土结构耐久性评估

钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的优点,造价较低,是应用非常广泛的一种结构形式。但是由于其材料自身的特点和使用环境的影响,使得钢筋混凝土结构的耐久性达不到设计要求而造成非常严重的损失。通过对钢筋混凝土结构耐久性影响因素的分析,基于模糊数学理论中的模糊综合评判数学方法法,建立了钢筋混凝土结构耐久性评价指标体系,结合工程实例分析确定了该模型能够运用到实际工程中。     

模糊神经网络在大坝变形预报中的应用

将模糊理论和神经网络相结合 ,建立了基于神经的模糊系统的大坝安全监控模型 ,并针对某一大坝变形水平位移实测数据进行分析 ,计算结果表明 ,其拟合和预报精度优于常规统计模型。