水布垭地下厂房施工开挖的数值模拟

采用三维快速拉格朗日法在两种工况下对水布垭地下主厂房洞室的开挖与支护过程进行了模拟计算,重点研究了复杂地质条件下主厂房洞室开挖的变形形态、应力状态以及塑性区的分布,并对无支护和考虑支护两种工况的模拟结果进行了具体的分析比较,为工程施工提供了依据。     

地下厂房洞室群围岩开挖过程数值模拟

以某水电站为背景,对地下厂房洞室施工开挖过程进行数值模拟计算,通过大型有限元软件ANSYS建立三维模型,然后将节点与单元信息转换出三维岩土工程数值分析软件FLAC3D能识别的节点与单元信息,最后导入三维FLAC3D进行分析。该文主要研究了在开挖过程中洞室群围岩的主要变形特征和开挖塑性区变化规律,所分析结果可以为相关测试工作以及施工过程中的支护提供参考。     

水布垭地下厂房围岩渗控效应数值模拟与评价

 为减小水布垭地下厂房厂区渗漏并改善厂房围岩的渗透稳定性,工程设计采取防渗帷幕、排水孔幕和排水洞等防渗排水措施。为确保数值计算的稳定性和收敛性,采用Signorini型变分不等式和自适应罚函数相结合的稳定渗流分析方法,对厂房围岩的长期渗控效应进行计算分析;同时,采用基于等效模拟的整体模型分析和基于精细模拟的子模型分析相结合的方法,以减小有限元建模难度并协调计算量和计算精度之间的矛盾。建立评判渗流计算成果合理性的直观准则,即稳定渗流自由面在任意均匀介质内部必连续光滑且不产生回弯,除非自由面穿过渗透性相差悬殊的2种介质之间的界面。结合厂房围岩渗压监测数据,阐明运用上述方法求解含排水孔幕渗流问题的可行性和有效性,论证渗控设计的合理性和进一步优化的可能性。研究成果对类似工程渗控措施的优化设计具有指导意义。     

大型地下洞室施工顺序的数值方法优化

结合某工程大断面地下洞室建设中围岩稳定问题,以开挖过程中对周围岩体的扰动破坏面积最小、产生的最大位移最小作为优化准则,采用数值方法对同一断面内两种不同的开挖顺序进行了模拟计算,分析比较,得出了最优的施工开挖顺序,为设计和施工提供了较为可靠的依据.     

水布垭枢纽地下厂房施工开挖与加固的数值模拟

通过非线性有限元计算,对水布垭电站地下洞室开挖围岩的应力与变形进行了分析,探讨了主厂房洞室局部软岩置换、喷锚支护等措施对围岩开挖位移与应力的影响;在此基础上,对设计采用的各种支护处理措施的加固效果以及地下厂房洞室围岩的整体稳定性作出了评价.     

复杂地质结构下地下厂房布置方案的对比分析

岩滩水电站扩建工程地下厂房为大跨度、高边墙大型洞室,且上、下发育有石英岩脉与f 211构造挤压破碎带.针对这种上、下被不利地质结构所包围的地下厂房, 采用二维弹塑性有限元方法对多种布置方案下的施工开挖进行了数值模拟,分析了围岩的开挖变形与应力随开挖的演变过程.在保证地下厂房围岩整体稳定性的条件下,对地下厂房布置方案进行了比较优化,论证了合理的布置方案.分析结果表明:(1)石英岩脉力学性状及其相对于地下厂房的位置对围岩稳定性影响不明显;(2)f 211是影响厂房区岩体稳定的主要不利地质结构;(3)建议针对f 211出露部位施加相应的支护措施,这样对限制不利地质结构对围岩稳定性的影响将有明显效果.     

串并行显式拉格朗日有限差分法研究及实现

显式拉格朗日有限差分法作为一种新的数值分析方法，近年来在岩土和水利工程中得到普遍的认同和广泛的应用，然而关于该算法的具体实现及进一步研究的文献较为鲜见。虽然计算机硬件发展速度很快，但当前超大规模岩土及水利工程的高仿真度计算和实时快速反馈分析的要求，对常规串行数值分析技术提出挑战。因而，基于网络信息传输技术的并行算法研究得到人们的广泛关注。迄今为止，对于并行有限元或并行边界元的研究已经取得一些成果，但关于并行显式拉格朗日有限差分法的研究则鲜见报导。首先，在对该算法进行深入研究的基础上，编写串行程序。然后，进一步对该算法的可并行性、数据分配、通信模式和计算次序进行研究，采用区域分解法、主从模式和非阻塞通信设计并行显式拉格朗日有限差分法，并用C语言和MPI（消息传递接口）在机群上予以实现。圆形隧洞和条形基础的算例证明，串并行算法的实现是正确的。对并行程序在深超-21C机群上的进一步测试表明，在单元数为921600，计算节点数为32的情况下，仍能获得0．8以上的并行效率，算法的可扩放性较好，对串并行显式拉格朗日有限差分法的研究使之可应用于岩土和水利工程的大规模数值计算。     

三维数值模拟技术在深部大型发电站厂房信息化施工中的应用

提出一种可以综合考虑围岩节理分布特性、爆破施工损伤以及施工过程的新三维快速数值仿真模拟技术,并将其成功地应用于日本宫崎县120×10~4kW蓄能水力发电工程大型地下厂房的信息化施工中。依据多种测试手段,对开挖后围岩的稳定性和变形进行实时监测,并对数值模型进行三维反演分析和修正,比较准确地预测了围岩的动态变化过程,并对支护结构设计的可靠性和合理性进行了详细的论证。     

水电站地下主厂房通风气流组织的数值模拟

在有内热源的非等温情况下,运用三维κ－ε紊流模型和数值模拟方法,对某大型水电站地下主厂房内的气流组织方式进行了优化设计。对所选方案进行了模型实验验证。实验值与计算值具有良好的一致性。     

有限单元法和有限差分法用于空调数值模拟的比较和分析

概要介绍了有限差分法和有限单元法在模拟室内气流组织方面的应用,以相同算例对两种方法的模拟结果进行了分析比较,认为后者在模拟边界形状较复杂的区域时,模拟结果更接近实际情况。     

地铁明挖隧道衬砌结构模型仿真与优化

北京某地铁隧道采用明挖法施工,运用Ansys软件对其衬砌结构进行数值模拟计算,得出结构的变形和内力分布规律,并据此对结构的断面尺寸和构造进行优化处理,以便为类似工程提供经验和参考。     

基于三维有限差分法的小湾拱坝施工步模拟及极限承载分析

为深入研究高拱坝的破坏机制及安全度,有必要对小湾拱坝这一典型工程的极限承载能力进行重点分析。基于 FLAC3D显式有限差分算法,精确模拟小湾拱坝分步施工的全过程;在此基础上利用超载法和强度储备系数法,基于带拉破坏Drucker-Prager和Mohr-Coulomb两种准则,对比分析探讨高拱坝在极限承载过程中破坏机制及其渐进破坏模式;结合破坏区的具体形态,联合采用塑性区贯通、位移突变等方法,评价其整体安全度;分析两准则下高拱坝安全度存在显著差异的原因,指出在评价拱坝的极限承载力方面 Mohr-Coulomb 准则要优于Drucker-Prager准则;最后,还对材料参数剪胀角、抗拉强度进行了敏感性分析,从中得到一些有益的结论。     

乌东德特高拱坝-地下厂房整体稳定相互作用机制分析

当特高拱坝地下厂房受地形、地质条件限制,需建在坝肩较近位置时,厂房的开挖施工和长期运行常会影响坝肩安全稳定。首先以乌东德大坝为例,分析大坝与厂房布置的特点,然后从力学的角度分析大坝和地下厂房的力学和安全稳定的相互作用机制;并采用 Drucker-Prager 屈服准则,对大坝与厂房开展精细非线性三维有限元分析,重点研究大坝和厂房在正常荷载和超载荷载下的变形、应力、拱推力、坝肩基础、整体安全度分布以及相互作用机制,得到大坝与厂房相互影响稳定的工作状态条件。研究成果可供类似工程设计分析提供参考。     

基于数值流形元方法的地下洞室稳定性分析

针对地下洞室开挖计算与分析的需要,对已开发的数值流形元方法程序进行了适当改进。利用该软件就某水利枢纽地下洞室稳定性问题进行了计算分析,对锚固支护前后的位移进行了比较,同时,与有限元结果进行了比较。计算结果表明,数值流形元方法计算结果在岩体开挖位移形态和位移量级上与有限元有较好的可比性,同时锚固效果显著,说明该方法所反映的洞室开挖变形趋势是合理的。     

地下矿山开采系统的岩石力学优化方法及其应用

本文把地下矿山开采作为一项系统工程来看待,遵循系统工程学的方法和步骤,通过对矿山开采的一般工艺与力学过程的分析,讨论矿山开采系统的岩石力学优化问题;然后以开采过程的数值模拟和数理统计学为基础,提出其优化方法与步骤,并简要介绍为此目的而开发的计算机程序;最后以华北某地下矿山为例,给出了上述方法和程序的实际应用。     

张弦网壳结构的静力分析与施工过程优化分析

在分析安徽大学体育馆屋盖刚性结构受力特点的基础上,从张弦结构的构成机理出发,探讨张弦梁式空间网壳结构的构成形式,并分析张弦网壳的结构特点,同时对"状态确定"的施工过程逆向分析方法进行推广,对张弦网壳结构进行施工过程的优化分析。分析结果表明:整体张弦网壳具有优于局部张弦网壳的结构性能;初始预张力较大的结构应分多步施加预张力以降低每步张拉力的量级、减小张拉施工过程中结构的内力峰值和集中变形、降低施工难度,张拉过程必须缓慢进行。     

大型地下洞室地震灾变过程三维动力有限元模拟

 The earthquake impact is a major external factor influencing the long term stability of underground caverns. Time-history analysis method is able to simulate the earthquake response of surrounding rock in underground caverns during earthquake disaster process. It has been proved to be an effective method to analyze the aseismic issue of underground caverns. The numerical simulation system using three-dimensional dynamic finite element method is developed to study the earthquake disaster in underground caverns. Central difference method is employed in this system to solve the problem. To enhance the solving speed,parallel procedures and hybrid Gauss point integration method are proposed in programming. Strengthening features of materials under high strain rate and damage features of surrounding rock under cyclic loading are considered. The dynamic constitutive model for rock masses is presented. It is suitable for the aseismic analysis of underground caverns. Visco-elastic boundary is adopted in artificial boundary. The spatial oblique incident method which is suitable for the aseismic analysis of underground caverns is proposed. It is able to reflect the specific incident direction,the multi-incident surfaces and the inconsistency of seismic wave. An example is given to verify the correctness of the developed system by comparing its calculation results with common software?s calculation results. A case study is then conducted to simulate the earthquake disaster process of the cave-typed underground caverns at Lujichang hydropower plant. The results derived from time-history analysis indicate the reliability and practicability of the developed system.     

溪洛渡水电站超大型地下厂房洞室群岩体工程控制与监测

 金沙江溪洛渡水电站地下厂房洞室群规模巨大,结构复杂,玄武岩组内层间与层内错动带致使岩体非连续性是主要地质问题。采用损伤弹塑性数值方法对围岩稳定性进行分析,确定洞室开挖顺序和支护参数。精细化施工组织,严格控制开挖对岩体的损伤范围,并保证洞室轮廓的良好成型。及时对监测数据进行分析和反演分析,对支护工作量进行动态设计。开挖过程中,位移和应力变化规律较好;开挖完成后,位移和应力总量值较小,洞室围岩稳定性良好。溪洛渡地下厂房洞室群规模为我国已建和在建工程之首,总结其设计、开挖与支护,监测与反演等岩体工程控制措施,对类似工程具有指导和借鉴作用。