华南风化花岗岩劈拉断裂行为的试验与细观模拟研究

为研究不同风化程度花岗岩在劈拉受载下的破损行为,该文对广东从化地区新鲜、微风化、中风化三种风化程度的花岗岩进行微观特征测量及巴西圆盘试验研究。分别基于考虑空间相关特征的随机模型和数字图像技术两种方法实现对岩样细观结构的表征,结合细观参数反演技术,建立反映岩石细观非均质组构特性的颗粒离散元模型,对花岗岩劈拉试验进行数值仿真试验研究。结果表明,随着风化级别的提高,花岗岩中粘结力较强的长石等矿物向粘土矿物转化,结晶强度降低,微孔隙等软弱结构增多,岩石宏观力学性能不断劣化,劈拉破坏由单一裂纹主导转为多条分叉状裂纹,岩样脆性也逐渐减弱。基于两种方法建立的细观随机力学模型仿真结果均表明岩样的劈拉强度随风化级别的提高逐渐降低,与试验结果变化趋势相符,分析得到不同风化花岗岩的劈拉破裂响应特征与试验结果一致,且从细观层面对花岗岩样受劈拉作用的渐进破裂响应提供了深入认识。     

坝肩岩体地震残余变形对小湾拱坝安全影响

用有限元模拟拱坝坝体、非连续接触单元模拟坝肩，计算了在设计地震荷载作用下小湾拱坝坝肩残余位移和坝体应力。以拉应力达到坝体混凝土抗拉强度为控制标准，得出坝肩岩体的动力稳定安全系数。计算结果表明，小湾拱坝坝肩仍具有一定的安全度。     

基于两类横缝接触模型的拱坝非线性动力响应研究

本文基于主、从接触面的接触边界方法，采用限制接触面切向滑移的弹簧单元，模拟切向完全约束的高拱坝横缝在地震动荷载作用下张开、闭合的非线性力学行为，并应用有限元隐式迭代方法求解结构的动力响应。为了适应拱坝计算，文中对基于接触边界的ABAQUS模型进行了功能扩展，包括引入弹簧单元约束切向滑移、嵌入有限元库水附加质量等。通过讨论接触边界与接触单元模型的有限单元格式，比较了两类接触模型的特点。分别采用该模型与基于接触单元法的ADAm88模型模拟某拱坝的动力响应，两者得到了基本一致的规律：结点位移与横缝开度吻合良好，动位移与开度时程反映出相同的动力响应周期，二者都反映出横缝张开引起的拱向拉应力释放和梁向应力的增加。通过计算验证了ABAQUS模型在拱坝动力计算方面的适用性，说明该模型适合作为一个扩展平台嵌入其他的本构、边界模型以全面模拟实际拱坝的动力特性。     

强震区高拱坝抗震措施比较

在拱坝横缝中,设置跨横缝钢筋和阻尼器,可以在一定程度上控制高拱坝在强震作用下的横缝开度,增强拱坝整体性。以国内某高拱坝为例,基于在大型商业有限元分析软件ABAQUS平台上二次开发的拱坝有限元模型,结合已有的计算成果,系统比较了设置跨横缝钢筋和阻尼器的抗震效果,提出了两种措施组合的方案,可供工程应用参考。     

不同横缝接触与库水模型对拱坝动力反应的影响

本文基于有限元非线性动接触模型，对拱坝横缝非线性动力响应进行研究，重点讨论：(1)拱坝横缝键槽对限制缝面切向滑移的不同程度约束对反应的影响；(2)分别采用Westergard模型和不可压缩流体有限元模型考虑上游库水对坝面的动压力作用，比较分析了上述不同水库模型对拱坝在地震作用下横缝开度响应分布的影响。计算结果表明：(1)考虑键槽对横缝两侧施加完全切向约束条件对降低拱坝两岸的横缝开度幅值有重要的意义；(2)相比流体有限元模型，基于Westergaard动水压力公式计算得靠近两岸坝肩部位横缝开度响应有一定程度偏大，这一结论已被前人试验成果所证实。     

用工程类比分析法研究高拱坝坝踵开裂稳定性

本文提出高拱坝坝踵开裂稳定性分析的一种新方法--工程类比分析法,即选择河谷、坝高、体型条件相似的工程,采用同一计算程序,及等同的有限元网格模型进行平行计算,并以已建工程的运行监测资料为依据,对拟建工程的坝踵开裂稳定性作出评价.文中以二滩、Klnbrein拱坝作为类比计算对象,分析了即将兴建的小湾拱坝的坝踵开裂稳定性,并得出若干关于坝踵开裂安全的评价结论.     

混凝土重力坝抗震配筋加固措施的效果研究

混凝土坝遭遇强烈地震导致坝体严重受损已有先例.工程界建议布置坝面钢筋以提高坝体抗震性能.基于此,本文应用嵌入式滑移模型和钢筋刚化模型模拟混凝土重力坝配筋前后的地震动力响应,据此评价坝面配筋措施的抗震效果.计算结果显示,配筋前后结构整体响应基本一致,但布置坝面钢筋后坝体裂缝由集中裂缝分散为多条裂缝,裂缝张开位移和扩展深度较配筋前减小;此外,钢筋滑移对坝体裂缝分布形态也有一定影响.研究表明:配置坝面钢筋对限制与分散混凝土开裂将起到一定的作用,有助于提高混凝土坝抗震性能.     

四寨水库高重力墩-拱坝整体非线性分析 和安全评价

为评价高重力墩对四寨拱坝的应力变形和抗滑安全的影响,建立了拱坝重力墩地基系统的有限元数值模型,其中考虑重力墩基础、右岸夹层和拱坝重力墩等交界面的非线性相互作用,以及基岩材料的弹塑性变形行为。分别采用水压超载法和折减强度参数法对重力墩拱坝系统进行数值模拟,并基于建议的重力墩安全评价指标对系统整体稳定性进行判定。分析表明,采用水压超载法计算的整体安全超载系数为2.5～3.0,折减强度参数法计算的整体稳定强度储备系数为2.0～3.0。参考已有的拱坝整体稳定分析统计数据,该工程的整体稳定安全系数相对较低。     

基于改进 Weibull 分布模型的岩石单轴压缩变形破裂规律研究

岩石的单轴压缩响应受岩石微细观结构、边界条件、试件形状等影响,呈现出测量强度和变形特性的离散性。针对上述问题,基于连续介质力学的方法,采用非线性损伤本构关系模拟岩石材料的力学响应,在常规Weibull随机分布模型基础上,引入空间相关尺度因子,建立考虑岩石空间相关特性的细观力学模型。采用改进的Weibull分布模型,对不同形状的非均质岩石试件进行单轴压缩数值试验,研究不同加载边界对岩石破损行为的影响,结果表明:端部摩擦、试件形状会影响岩石受压的变形特征及破裂形态,即使试件端部存在较小的摩擦,形状效应仍然存在。为减小单轴压缩试验结果的离散性,需尽量减小端部效应,同时,增加试件的高宽比。     

混凝土断裂的三维旋转裂缝模型研究

作为一种准脆性材料,混凝土在发生开裂后将表现一定的应变软化特性。基于Bazant提出的钝断裂带力学模型,将其扩展为三维旋转裂缝模型,并推导出相应的三维软化本构,应用于复杂应力路径下混凝土开裂扩展的三维数值模拟。通过对比四点剪切梁试验的数值模拟结果与试验结果,验证了该模型能较好地模拟混凝土混合型开裂行为。