三维地质建模及应用

三维地质建模及探索三维地质模型在工程上的应用,是岩土工程勘察发展方向之一。本文通过调用储存在理正岩土勘察CAD数据库中的钻孔岩土层信息,利用空间插值技术创建三维地质模型并进行了验证,同时简要介绍了基于三维地质模型下的地基换填工程量计算思路,为地基处理工程量计算提供了一个快速、有效的手段。     

基于三维非线性有限元方法的高压输电塔“桩-土-承台”共同作用特性研究

大跨越高压输电工程给原来稳定安全的大堤带来安全隐患,主要表现为在各种复杂荷载作用下,桩-土-承台接触带产生不协调的位移,桩侧土体会出现裂缝展开,这种裂缝可能会沿桩身贯穿堤基的相对隔水层,形成潜在的渗流通道.基于三维非线性接触有限元计算方法,研究桩-土-承台在复杂荷载作用下桩侧土体的开裂特性,预测桩侧土体裂缝开展宽度及深度,以便采取相应的工程措施,确保堤防长期安全稳定.     

墙背摩擦力对坞式船闸底板影响及其改善措施

软基上的船闸底板中部经常会在墙后土体回填施工过程中出现纵向裂缝,常规方法无法解释。本文建立有限元仿真模型,模拟混凝土浇筑、土体回填等施工过程,以及土体固结过程,分析墙背有无摩擦力的差别,指出摩擦力对底板受力存在较大影响,增加了常规计算的误差,是引起底板开裂的重要原因之一,建议引起足够重视,并建议根据地基类型和工程重要性采取合适措施进行防范和改善。     

接触面直剪试验及数值模拟分析

土体与结构的接触面广泛存在于各种岩土工程之中，建立可合理描述其变形特性的接触面本构模型至关重要。分别进行了糯扎渡反滤料I–混凝土底板接触面直剪试验和模拟该试验的有限元数值计算，分析了接触面直剪试验中的剪切变形和渐进破坏特性。研究结果表明，接触面直剪试验不是单元体试验，接触面破坏是一个渐进破坏的过程。接触面试验中量测的位移包括了接触面上的剪切位移和接触面附近土体的变形两部分。在有限元计算分析中，前者可采用刚塑性模型计算和反映，后者可通过土体的一般本构模型来计算和描述。     

温变效应对大体积混凝土结构的损伤开裂分析

根据大体积混凝土受载损伤开裂特性，本文提出了考虑外部温度变化效应的三维损伤开裂非线性有限元分析方法，给出按非线性有限元分析的混凝土裂缝宽度和限裂配筋的估算公式。并采用自行编制的三维有限元程序。     

混凝土动力塑性损伤分析中的单元尺寸效应探讨

本文讨论了混凝土非线性分析中的单元尺寸效应,并基于断裂能和钝裂缝带模型提出把开裂应变作为开裂位移与积分点单元特征长度的函数,应用于塑性损伤模型中,保证了断裂能的唯一性,有效地消除混凝土塑性损伤分析中的单元尺寸效应。利用本文开发的有限元程序对混凝土单轴受拉和koyna重力坝地震损伤分析的实例计算表明,本文提出的方法是有效可行的。     

岩土类材料大变形损伤破坏的高效无网格模拟研究

本文慨述了岩土类材料大变形损伤破坏数值模拟的稳定结点积分高效无网格法,并进一步探讨了脆性材料损伤模拟方法以及渗流耦合分析.该方法采用拉格朗日无网格形函数进行空间离散.材料的损伤破坏过程采用大变形弹塑性损伤耦合的增量本构关系进行描述.由于稳定结点积分所采用的光滑结点变形梯度是定义在结点代表域内的平均梯度,具有非局部特性,因此能够准确地模拟剪切带的形成以及岩土类材料的大变形损伤破坏过程.典型数值算例验证了方法的有效性.     

混凝土Ⅱ型断裂与破坏过程的三维非线性有限元数值模拟

本文基于作者及其合作者近年新提出的两端切口Ⅱ型断裂试件几何和相应的应力强度因子公式的基础上 ,建议一种无切口Ⅱ型断裂试件。然后对不同切口长度的Ⅱ型断裂试件和不同高度和宽度的无切口Ⅱ型断裂试件的断裂破坏过程采用以微面模型 (Micro PlaneModel)为基础的三维非线性有限元分析商用程序进行了数值模拟 ,发现无切口试件在韧带上由剪切应力集中引起剪切裂缝后 ,在韧带区形成纯Ⅱ型断裂和剪切裂缝扩展过程。然后较为系统地研究了试件宽度和试件高度对断裂破坏过程和断裂破坏形态的影响     

三维无单元法及其工程应用

无单元法基于滑动最小二乘法建立在全域高阶连续可导的插值函数,只需结点信息即可建立离散模型,非常适合于求解岩土工程中复杂边界条件的边值问题.本文介绍三维无单元法的相关理论,基于变分原理推导三维线弹性无单元法的整体平衡方程;讨论权函数的选取、节点影响半径选取等数值实现具体问题,并编制三维无单元法计算程序;应用该程序对悬臂梁算例和拉西瓦拱坝-地基模型进行弹性分析,结果表明该方法有效可行.     

XFEM和修正剑桥模型模拟高聚物劈裂注浆方法研究北大核心CSCD

针对自膨胀高聚物材料在土体中劈裂扩散仿真手段尚不完备的现状,初步建立了一种模拟高聚物对土体劈裂压密作用的仿真方法。该方法采用扩展有限元离散求解区域土体介质,用修正剑桥模型描述土体力学特性,利用高聚物密度-围压关系迭代计算作用于裂缝面的浆液膨胀压力,实现了对土体劈裂缝扩展过程的数值模拟,通过与试验结果的对比验证了该方法的适用性。算例分析表明,应用该方法能够模拟膨胀力作用下土体裂缝启裂过程、扩展走向和浆脉厚度变化,获得裂缝周围土体变形模量、孔隙比、应力场和密度场分布特征,为深入研究膨胀性高聚物注浆材料对土体劈裂压密机制奠定了基础。     

直埋蜗壳钢衬厚度减薄研究

本文对不同厚度钢衬下的直埋蜗壳结构进行了三维非线性有限元分析。结果表明:钢衬厚度减薄后,钢树自身等效应力、外围混凝土的拉应力及开裂范围并没有明显增大,即使在甩负荷工况下,减薄后的钢衬最大等效应力仍然远小于其屈服强度,其最大应力只有屈服强度的五分之一,钢衬的承载潜力并没有发挥出来,钢衬厚度可以适当减薄。此外,还对直埋蜗壳结构进行了超载分析,得到了外围混凝土裂纹的产生和发展过程。     

黄土单轴拉裂特性的研究

通过单拉伸试验,研究原状黄土的单轴拉裂特性。结果表明：密度和含水量是原状黄土抗拉强度的主要影响因素;原状黄土在接应力下的破坏一般为脆性破坏;抗拉强度与初始含水量呈幂函数关系,抗中度与凝聚力有良好的线性关系;试样破坏时的极限拉应随初始水量的增大而变大。     

Power system stability enhancement using static phase shifter

The role of static phase shifters in improving power system stability is investigated. A new technique, based on the nonlinear variable structure control principle, is used to formulate a control algorithm for the static phase shifter. Parameter uncertainty has been considered in the proposed scheme. Computer simulations show that a static phase shifter with the new control scheme has produced significant improvement in power system performance     

土石坝坝基液化土层置换材料关键参数优化

土石坝地震液化可能会引起结构失稳、地基失效等问题,严重威胁工程安全,需要设计采用土层挖除置换的抗液化措施。现有土层置换方案往往根据工程经验进行设计,缺少置换材料的定量化优化分析。本文提出了考虑地震作用下土石坝坝基液化土层的置换材料关键参数优化分析方法,基于实际工程数据,通过数值仿真对土层置换材料进行了优化分析,揭示了置换材料孔隙率、密度、体积模量与剪切模量、黏聚力与内摩擦角四组参数变化对液化的影响规律。结果表明,在土体参数常见取值范围内,孔隙率与密度过小或过大的方案的抗液化效果均较差,模量、内摩擦角较大的方案抗液化效果更好;通过方案比选优化,获得了抗液化效果关键参数的优化数值。随后基于优化参数进行模拟分析,实际工程坝体竖向位移总体得到有效改善,下游坝坡坡率优化率达53.9%,动力计算末液化体积残余值优化率达69.6%。所提出的方法为土石坝置换材料的优化分析提出一种可行手段,对于提高土石坝抗液化性能具有参考意义。     

基于物质点法模拟分层加筋边坡离心模型试验北大核心CSCD

加筋土边坡的破坏涉及大变形问题,传统的有限元法由于网格畸变带来的数值问题,难以模拟加筋土边坡的破坏。目前关于加筋土边坡破坏的数值模拟研究比较少。物质点法适合模拟大变形的问题。而如何使用物质点法模拟筋材和土的相互作用是一个挑战。本文借鉴杂交物质点有限元法的思路,编写程序模拟了加筋土边坡破坏的离心模型试验。离心试验加速度增加过程中土工布的最大应变、加筋边坡破坏时的滑动面位置、滑体形状模拟结果与试验结果基本一致,边坡最右侧竖向应力模拟值与理论估计值吻合,较好地模拟了加筋边坡的主要特征,验证了方法的可行性,是使用物质点法模拟加筋土大变形问题的一次成功尝试。     

基于确定系数的失灵保护优化技术方案

失灵保护方案的优化对维持电网的安全稳定运行至关重要。详细地分析了电流互感器电流拖尾对失灵保护整定时间的影响,提出了利用最小二乘拟合算法识别电流互感器二次电流特征的方案,进而构建了基于确定系数的新失灵保护启动逻辑。最后分析了拟合数据的选取以及CT选型对新方案的影响。新的启动逻辑既能缩短失灵保护整定时间,又能确保失灵保护不误动。基于PSCAD算例分析验证了新方法的有效性。     

Efficient Poisson Solver for Semiconductor Device Modeling Using the Multi-Grid Preconditioned BiCGSTAB Method

This paper presents the performance results of an efficient algorithm for solving the three dimensional Poisson equation. The multi-grid method exploits the efficient oscillatory error reduction of basic iterative methods by smoothing on a set of progressively coarsened grids. When used as a preconditioner for BiCGSTAB method, a computationally demanding solver can be shown to be effective for large scale simulations. Varying the number of grids used and the level of overrelaxation as well as exploring the benefits of semicoarsening in the multi-grid preconditioner reveals the underlying strengths of this combined scheme. The convergence properties of the developed solver are tested on a 3D split-gate silicon on insulator (SOI) device.     

High impedance fault protection in transmission lines using a WPT-based algorithm

This paper proposes a new algorithm for High Impedance Fault (HIF) protection, in high voltage transmission lines, with the aid of Wavelet Packet Transform (WPT). The new scheme uses the HIF-induced distortion of voltage and current waveforms to detect HIF and discrimination of the fault location, respectively. The algorithm is based on a recursive method, which adds up the absolute values of high frequency signal coefficients, generated over one last cycle. Application of the proposed algorithm to the pilot protection schemes is also discussed. The proposed method is evaluated by Electro Magnetic Transients Program (EMTP) simulation studies. Several simulations, which are performed using an appropriate HIF model, bring about results which assess the proposed technique accuracy in identifying HIF in overhead transmission lines. A comprehensive simulation study shows the efficiency of the proposed protection scheme from the viewpoints of dependability and security.     

A New Approach to Control DVR Based on Symmetrical Components Estimation

The dynamic voltage restorer (DVR) is an effective solution for power quality problems related to voltage. One of the most common control algorithms that are used for the DVR is the symmetrical components method. This paper introduces a new approach for the estimation of the symmetrical components. A modified delta rule structure is proposed and developed which is capable of dealing with multioutput systems for the parameters estimation. An innovative feedforward control, based on the new delta rule structure, is proposed for the series compensator not only to compensate for the zero and negative sequence components, but also to regulate the positive sequence component at the nominal load voltage. One advantage of the proposed control scheme is its insensitivity to parameter variation, a necessity for the series compensator. Experimental verification of the new delta rule algorithm, by using a DSP, is provided. Numerical simulations of the proposed control strategy are conducted to show the robustness, high accuracy, and fast dynamic performance of this novel control algorithm.     

适用于超高压紧凑型线路的突变量保护新方案

紧凑型线路具有自然功率大、线路走廊小的特点,经济和社会效益显著,是未来输电技术的重要发展方向。超高压紧凑型线路给传统突变量保护带来的一些特殊的技术问题。分析了超高压紧凑型线路的一些特点及其给传统突变量保护带来的影响,提出了适用于紧凑型线路的突变量保护新方案。新方案采用贝瑞隆模型的波动方程精确计算补偿电压,并利用基于小矢量算法的自适应短窗以检测故障和反映故障暂态特征。在此基础上,提出了综合利用自适应短窗和浮动门槛的突变量保护判据。仿真表明,新方案应用于超高压紧凑型线路上是有效的。