去学沥青混凝土心墙坝高基座体型研究

依托坝高173.2m的四川去学沥青混凝土心墙堆石坝,介绍了一种基于高基座的沥青混凝土心墙坝型,通过对该坝进行二维有限元计算,分析了混凝土高基座的应力分布规律。在此基础上,对原设计方案进行了优化。结果表明,采用优化的基座体型后,混凝土基座的最大压、拉应力均大幅降低,最大拉应力降低近70%。去学沥青混凝土心墙堆石坝的成功建设,对今后类似工程设计具有重要参考价值。     

强震作用下特高土石坝多耦合体系损伤演化机理及安全评价准则

中国西部拟建多座坝高250～300m级别的特高土石坝工程,但西部地区地震频度高、强度大,地震的突发性和不确定性对这些特高土石坝的抗震安全构成了巨大威胁。高土石坝抗震安全评价是多系统、真三维、非线性、非连续的复杂问题。然而,传统高土石坝动力分析方法仍在弱非线性范围内,各种相互作用的影响大多被简化并孤立进行,难以对强震作用下特高土石坝动力破坏过程、耦合效应及其影响进行深入研究和科学认识。面向中国300 m级特高土石坝建设需求,依托RM、拉哇等特高土石坝,重点突破了筑坝材料强非线性、大坝-地基-库水动力相互作用、精细化建模和分析方法、自主高性能计算软件以及极限抗震能力评价方法和标准等方面的一系列科学问题和技术难题。研究成果为特高土石坝抗震安全设计提供了先进的评价方法和标准。     

基于无网格界面模拟方法的面板坝防渗体跨尺度分析

混凝土面板作为面板坝关键的防渗结构,其安全性态至关重要。由于防渗面板与堆石体尺寸相差悬殊,如何在保证面板高精度模拟的前提下提高计算效率是一个亟待解决的难题。通过引入背景网格线及径向插值函数(RPIM),开发了基于无网格的界面模拟方法,实现了界面两侧节点自由分布,克服了Goodman单元点对点的限制。该方法可灵活地连接两侧不同尺寸的面板及堆石体网格,进而建立面板与垫层跨尺度分析模型。同时采用"面向对象"及"超单元"技术将该方法集成到自主开发的GEODYNA计算平台中,实现了与传统有限元法的无缝耦合,并可应用界面弹塑性本构模型模拟堆石和面板复杂的接触关系。在此基础上,通过引入虚节点进一步提高了径向插值函数(RPIM)在边界附近的模拟精度。研究表明,基于无网格的非点对点界面模拟方法可高效、灵活地实现面板坝跨尺度分析,在保证高精度的前提下大幅度降低自由度和提高计算效率。本文研究方法可以很容易地扩充到三维问题,并为面板坝面板精细化损伤演化分析提供有力的技术手段。     

钢纤维混凝土面板堆石坝的抗震性能数值分析

混凝土面板的损伤开裂是威胁面板堆石坝安全的重要因素,纤维混凝土是减小面板开裂的工程措施之一。本文将钢纤维混凝土的本构关系引入到了塑性损伤模型中,并联合广义塑性模型,对200 m级的面板堆石坝进行了弹塑性地震反应分析,分别研究了钢筋混凝土面板和钢纤维混凝土面板的动力损伤及发展过程,并考虑了不同钢纤维含量的影响。结果表明,塑性损伤模型可以较好地模拟钢纤维混凝土的应力-应变关系;钢含量相同时,钢筋混凝土面板和钢纤维混凝土面板的损伤区域均在2/3坝高以上;相比于钢筋混凝土面板,钢纤维混凝土面板地震损伤程度降低了18%,损伤范围减小55%;钢纤维含量从70 kg/m3增加到110 kg/m3后,钢纤维混凝土面板的损伤程度降低14%,损伤范围减小80%。研究结果对钢纤维混凝土应用于强震区面板坝的面板抗裂和提高大坝极限抗震能力提供了依据。     

跨尺度网格识别方法及在防渗墙分析中的应用

为了高效地生成二维比例边界有限元-有限元（SBFEM-FEM）跨尺度耦合网格，提出跨尺度网格识别方法.该方法结合CAD人为可控的特点，对图形线段进行识别、裁剪、整理，生成有效节点与线段；根据节点与线段的拓扑关系以及封闭域的构造，生成合理的多边形比例边界单元或有限单元；最后组装节点与单元信息，输出可以用于数值分析的二维SBFEM-FEM跨尺度耦合网格.为了验证生成SBFEM-FEM跨尺度耦合网格的有效性及计算精度，依托某堤坝工程，对比分析了防渗墙不同网格剖分方法获得的墙体应力变形分布规律及峰值.结果表明，采用常规大尺度有限元网格模拟获得的主应力误差可以超过48%，基于所提跨尺度精细数值网格获得的结果误差不能超过5%，且其网格单元量大幅度降低.跨尺度网格识别方法可以为堤坝工程防渗结构提供有力的支持.     

基于弹塑性模型参数反演的高土石坝地震响应预测

合理准确描述堆石料的力学特性是高土石坝地震响应预测和安全评价的重要前提。以特高心墙坝填筑期变形的监测结果为目标值开展了三维反演分析,获取了反映大坝真实状态的坝料广义塑性模型和邓肯张E-B模型的参数,探讨了两种本构模型描述高土石坝变形的精度,随后采用反演的广义塑性模型参数开展了高土石坝的地震响应预测及安全评价。结果表明：目前反演分析常用的邓肯张E-B模型无法兼顾竖向和水平变形,且反演参数无法用于动力分析;静动统一的广义塑性模型计算的竖向和水平位移均与实测结果吻合良好,并可直接用于大坝的动力响应预测。所建立的一整套基于弹塑性模型参数反演的高土石坝地震响应预测分析方法,可为高土石坝的安全评价和风险预警提供可靠的技术支撑。