有限元强度折减法在土石坝边坡稳定分析中的应用

在指出传统边坡稳定分析方法的缺点和不足的同时,重点研究了有限元强度折减法的理论背景、突出优势、计算结果的影响因素、边坡失稳判据方法,探讨了该方法应用于土石坝边坡稳定分析中的可行性。采用摩尔-库仑屈服准则、非关联流动法则,在已知渗流场的前提下,基于有效应力原理逐步进行强度折减,直至满足力和位移不收敛的失稳判据,从而得到相应强度折减法的土石坝坝坡稳定安全系数。结果表明,无论是关键滑裂面位置还是最小安全系数,有限元强度折减法的计算结果与刚体极限平衡法的计算结果都相当接近,从而表明此法在土石坝边坡稳定分析中的可行性,拓宽了该法的应用范围。     

基于摄动响应面法的汽轮机转子随机响应特性及灵敏度分析

为了满足汽轮机转子高可靠性设计的需求,将响应面法和摄动随机有限元相结合,考虑转子几何参数、材料参数和载荷参数的随机性,首先采用中心指数设计进行抽样,利用步进回归分析技术确定结构的响应面近似函数,然后利用摄动法推导出结构随机响应的各阶中心矩表达式,最后计算出转子随机响应变量的各阶中心矩及其相对于各随机输入变量的灵敏度。计算结果表明,对转子的最大变形影响最大的是弹性模量,其次是转子密度和转速的影响,而轴长对其的影响可忽略不计;对转子的最大应力影响最大的是转子密度,其次是转速的影响,而轴长对其的影响可忽略不计。     

基于ELM-GA的复杂土石坝渗透系数反演模型及其应用

土石坝分区多、地质条件复杂,确定现场实际的坝体和坝基的渗透系数一直是其渗流研究的热点和难点。针对土石坝渗透系数多参数反演问题,利用正交设计法构造渗透系数组合,通过有限元分析建立学习样本,借助极限学习机(ELM)的高度非线性映射能力,建立了渗透系数与水头之间的映射关系,利用遗传算法(GA)搜索确定区域内各分区渗透系数,建立了基于人工智能的ELM-GA反演分析模型,最后利用工程实测资料进行了验证。结果表明,将反演所得的渗透系数用于渗流分析时,观测点压力水头计算值与实测值相对误差均在0.2%之内,结果合理可信,精度满足工程要求。     

基于Rosenblueth法的土石坝溃坝概率实时分析

溃坝事件具有突发性,为给第一时间的应急处置决策提供科学依据,需实时分析、评估溃坝风险。为此,研究了溃坝概率分析方法在计算精度与计算效率上的差异,对不同可靠度分析方法的计算原理进行比较;在土石坝主要溃决模式分析基础上,提出采用Rosenblueth法的土石坝溃坝概率实时分析方法,并用实例验证该方法的有效性。结果表明,Rosenblueth法应用于土石坝风险率分析中比其他方法具有较高的计算效率,能同时满足计算精度与风险实时评估的时效要求。研究结果可为土石坝风险管理与决策提供参考依据。     

燕山水库土石坝渗透系数敏感性分析

针对参数值选取直接影响数值模拟结果的准确性,结合燕山水库土石坝三维渗流有限元分析,采用正交试验设计及其统计分析方法,探讨了渗流参数对三维数值模拟结果的敏感程度、区分影响计算结果的主要参数和次要参数,并确定了渗流参数的最不利组合,使计算结果更符合实际.     

燃烧室内三维温度场的辐射反问题

本文提出了一种在介质辐射特性已知的条件下,由壁面入射辐射热流的测量值反演燃烧室内三维温度场的方法。该方法是在辐射传递方程离散坐标近似的基础上,用求目标函数极小值的共轭梯度法进行反演计算。通过对吸收系数、散射不对称因子、反照率、壁面黑度和燃烧室大小尺寸等参数对反演精度影响的分析,结果表明,即使存在随机测量误差,这些参数对温度场反演精度的影响也不大,本文所提出的方法可较精确地反演燃烧室内三维温度场。     

一种土石坝有限元网格的快速生成算法

针对有限元软件前处理器建立土石坝有限元网格模型效率不高的问题,提出了一种土石坝有限元网格的快速生成算法。该算法首先将土石坝最大断面进行二维网格剖分,并将其沿坝轴线方向平推,得到土石坝初始三维网格;其次,将复杂的建基面简化为若干平面的组合,考虑平面组合和三维网格各单元的位置关系,用该平面组合对土石坝初始三维网格进行切割,实现了考虑建基面形状的土石坝网格;最后,对切割后的坝体网格向下方和四周进行拉伸,得到含有均质地基的大坝—地基有限元网格。通过如美工程的实例应用,验证了该方法生成土石坝有限元网格的高效性。     

基于MSA的土石坝群体地震易损性研究

针对地震发生后亟需对土石坝群体震害进行快速评估的问题,基于统计数据和MSA方法,提出了土石坝群体震害易损性分析方法。通过分析土石坝群体震害数据,对震损大坝进行等级划分,结合地震破坏损失比和破坏比建立土石坝地震易损性矩阵。并引入MSA方法,建立土石坝群体震害易损性评估模型,计算出四种烈度下易损性参数及易损性曲线和概率,为土石坝群体震害快速评估提供了依据。     

土石坝点式测压管资料反演分析模型

在土石坝渗流有限元计算固定网格法（变形单元法）的基础上,用贝塞尔函数推导出点式测压管排水过程,并将两者耦合成点式 压管资源反演分析模型。     

基于人工神经网络的大坝渗透系统分区反演分析

基于人工神经网络的非线性映射特性,在三维渗流有限元计算的基础上,结合水头和渗流量等安全监测资料,提出了大坝渗透系数的反演方法,作为实例,结合基土石坝的安全监测资料,利用该方法反演得出了大坝坝体的渗透系数,坝基的平均渗透系数和两岸岩体的平均渗透系数,并利用反演成果进行了大坝渗流场分析,计算结果与安全监测资料相吻合。     

高寒区深覆盖层土石坝非线性动力分析

西藏高原地区存在大范围的冻土区域,因而研究该区域冻土对土石坝结构抗震安全性能的影响尤为必要。根据高寒区深覆盖层西藏旁多土石坝工程结构参数建立三维仿真分析模型,采用无限元法模拟无限地基辐射阻尼效应,通过渗流场和温度场分析确定出坝体-坝基冻土所在区域。采用等效线性方法计算分析不同工况下考虑冻土、不考虑冻土的结构动力特性和抗震性能,结果表明冻土的存在对土石坝结构动力特性和抗震性能均产生了一定的影响。     

土工格栅加筋土石坝的试验和数值模拟研究

为进一步了解土工格栅加筋土石坝的变化特性,对土工格栅和堆石料接触面特性进行了拉拔试验,发现接触面上的剪应力较大,且随上覆压力的增加而增加;试验拉拔位移主要为土工格栅的伸长量,接触面上的相对位移较小,因此加筋土石坝数值模拟应设置土工格栅和堆石料接触面变形协调,并将试验结果应用于加筋土石坝的数值模拟中,分析了土石坝加筋前后应力变形特性和动力响应的变化规律。结果表明,加筋对土石坝变形的抑制效果主要体现在地震工况下;加筋后坝体的地震永久变形有所减小,加筋对顺河向的地震永久变形抑制效果大于震陷;加筋后顺河向永久变形指向下游,最大震陷位于坝顶。     

土石坝施工模拟中填筑层数的选取

鉴于土石坝施工仿真中分层填筑层数对坝体沉降的影响很大,选取不同高度的土石坝,将同一土石坝分成不同层数填筑,并采用有限单元法模拟施工过程,通过选择不同筑坝材料及地基材料,对比分析了采用不同填筑层数时坝体施工完成后的最大沉降值及最大沉降发生的部位,从而对填筑层数的选取给出建议,即中低高度的土石坝分15~20层填筑、高坝分25~30层填筑比较合适。     

改进的SSOR-PCG快速求解法在高面板堆石坝求解效率和节约内存中的实践

针对大型高面板堆石坝有限元计算中常用的直接法存在存储空间大、计算时间长的问题,根据刚度矩阵稀疏性特点,采用对称逐步超松弛预处理共轭梯度法(SSOR-PCG法)的改进算法求解线性方程组,并提出了与该算法相适应的有限元刚度矩阵压缩存储的新方法,以典型面板堆石坝为例,将快速求解法和一维半带宽直接法在计算精度、内存占用、计算耗时三方面进行了比较分析。结果表明,快速求解法具有精度高、速度快、占用内存少的优点,可应用于大规模土石坝有限元分析中。     

潘口水电站面板堆石坝施工度汛断面坝坡稳定性分析

在对潘口水电站面板堆石坝施工期洪水作用下坝体与坝基渗流场进行有限元模拟的基础上,采用线性和非线性强度参数分析了施工度汛断面坝坡稳定性。结果表明,潘口面板堆石坝临时度汛断面在施工度汛期内渗流稳定性及上下游坝坡稳定性均满足现行规范要求,汛期安全性有保障;度汛期内临时断面采用挤压边墙和垫层料联合防渗的方案是可行的;与线性强度参数相比,非线性强度参数更符合堆石料的抗剪强度特性,其稳定性计算结果更合理,从而为潘口水电站面板堆石坝施工度汛断面的设计方案提供了技术支持,也为混凝土面板堆石坝施工期临时度汛坝体的坝坡稳定安全问题提供了一种有效的分析方法。     

土石坝渗流监测统计模型的变量分离方法

统计回归模型是土石坝渗流安全监测分析中最常用和相对成熟的数学模型,通过分离变量分析环境量对效应量的影响特性是进行土石坝渗流安全评价的重要途径之一。针对采用最小二乘法分离土石坝渗流统计回归模型各影响分量时存在的因子多重共线性问题,提出了基于主成分分析的变量分离方法,并将其应用于冶勒混凝土心墙堆石坝的变量分析中。实例应用结果表明,该方法能有效避免因模型因子间的多重共线性而造成的回归系数不合理和分量峰值错位的问题,提高了分量分离结果的力学规律一致性与结构特性变化的吻合度。