基于ANSYS的某土石坝渗流数值模拟研究

基于有限元原理以及渗流场与温度场在各种方面的相似性,将ANSYS软件中的热分析模块运用于土石坝渗流场的计算中。利用ANSYS的APDL语言,将生死单元功能运用于土石坝渗流场浸润线的计算中,从而得到较为准确的结果。通过工程实例计算结果与理正岩土、Seep/W的计算结果进行对比,证明了利用ANSYS热分析模块进行土石坝渗流数值模拟的正确性。     

不同参数对土石坝地震动力响应影响

采用有限元法研究土石坝边坡动力响应,通过大量有限元计算,研究弹性模量、阻尼比、坝高、覆盖层厚度以及地震动参数对土石坝坝体动力响应的影响规律,为拟静力法高土石坝边坡稳定分析奠定基础。     

适用于数值流形法分析的混凝土徐变递推公式

目前大体积混凝土结构温度应力仿真计算主要采用有限元法。对于复杂结构,有限元法仿真计算存在计算规模大、前处理难度大等问题。数值流形法具有网格剖分和自适应分析方便等优点,可为温度应力仿真计算提供有力的分析手段。混凝土徐变可以松驰温度应力,在温度应力仿真计算中一般都要考虑徐变的影响。有限元法中采用的徐变递推公式是基于数值积分点的应力状态,但数值流形法的单元应力呈多项式函数分布,这种递推公式已不适用。为此,推导了适合于数值流形法的徐变递推公式及等效荷载计算公式,并编制了数值流形法仿真计算程序,通过数值算例验证了公式的正确性。     

冲抓回填位置及渗透性对土石坝渗流稳定影响分析研究

土石坝渗漏和浸润线过高是导致坝坡稳定性降低的主要因素。冲抓回填是处理土石坝渗漏及浸润线过高的常用防渗措施。文章结合工程实例,对采用不同防渗方案的土石坝进行数值模拟,在各种计算工况下,分别运用饱和一非饱和渗流理论和极限平衡法对土石坝的渗流场和坝坡稳定性进行计算和分析。综合分析计算结果可知,在土石坝上游设置防渗墙较在坝顶设置防渗墙能更好地起到防渗和提高坝坡稳定性的效果。     

基于渗流与应力耦合的防渗墙与坝体相互作用的数值模拟

封闭式坝体防渗墙在土石坝除险加固工程中得到广泛应用.然而,目前针对土石坝加固工程中增建的封闭式坝体防渗墙的研究相对较少,特别是关于墙-坝体相互作用的研究中很少考虑渗流与应力的耦合作用.为探讨土石坝加固工程中墙-坝体相互作用的数值模拟方法及作用机理,在分析实际工程条件的基础上,利用ABAQUS有限元软件建立渗流与应力耦合数值模型,实现了同时考虑墙-土接触、渗流-应力耦合共同作用的模拟.分析结果表明,所采用的耦合数值模型能较好模拟防渗墙与坝体的相互作用;土石坝加固工程中的封闭式坝体防渗墙墙体的应力主要由水平荷载引起,简单忽略渗流与应力的耦合作用会导致墙体应力的计算结果偏于不安全.     

数值流形法覆盖系统并行生成算法研究

计算效率低是当前制约数值流形法应用于大型实际工程模拟的瓶颈问题,并行计算作为一种加速计算技术,能有效地提高数值流形法的计算效率。在串行算法基础上,系统研究了基于分布式内存编程模式的数值流形法覆盖系统和流形单元并行生成算法。首先,在分析并行算法与串行算法不同点和难点的基础上,采用区域分解算法实现并行任务分配,并提出覆盖系统并行生成主要步骤。采用临时规则粗网格形成负载均衡的子区域,提出相应子区域生成算法。其次,在深入分析数值流形法数学覆盖、物理覆盖和流形单元之间关系基础上,探讨并行算法中子区域覆盖系统生成的关键技术,以及物理覆盖和流形单元编号规则。然后,针对并行算法提出了建立覆盖系统界面信息算法,为数值流形法并行计算过程中通讯和数据交换提供支持。最后,在覆盖系统并行生成算法基础上,采用C++面向对象编程技术开发了相应程序。2个算例结果验证了算法正确性和有效性,为后续并行模拟提供了前处理器。     

土石坝漫顶破坏溃口发展数值模型研究

我国已溃决土石坝中由于漫顶破坏而造成的比例高达50%以上,因此,开展土石坝漫顶溃决机理和溃口发展过程研究,正确预测溃口流量过程线及溃坝致灾后果很有必要.本文首先根据现场溃坝调查资料和大型溃坝试验结果,研究分析了土石坝的溃决机理和溃决过程,在此基础上提出了一个描述土石坝漫顶破坏溃口发展过程的数值模型.该模型采用高速水流泥沙输移公式来计算溃坝水流对溃口纵横向的连续冲蚀;采用溃口边坡稳定性分析来模拟边坡失稳坍塌所引起的间歇性横向扩展;通过楔块体力的平衡计算来模拟坝体突发性崩塌所引起的溃口增大现象;通过下游坝体冲槽和坝顶溃口流量平衡来建立两者发展过程的相互影响.最后利用该模型计算分析了板桥水库土石坝发生漫顶溃决的溃口发展过程及溃口流量过程线,模拟结果与实测资料基本一致,从而证实了该模型的合理性.     

交通荷载对土石坝安全影响的数值模拟研究

文章以哈尔滨双城区石人沟水库土石坝为例,利用数值模拟的方法展开交通荷载对大坝安全影响的研究,结论可以为土石坝工程设计提供一些参考。     

土石坝溃口流量过程分析

基于土石坝漫顶溃决物理过程基础上,综合水库调洪演算、溃口泥沙冲蚀计算和溃口边坡稳定性分析,构建溃口流量过程的数值计算模型。利用该模型计算分析某土石坝水库发生漫顶溃决的溃口流量过程,计算分析结果表明,模型合理,计算精度较好,能反映土石坝溃口流量过程变化特点。     

用数值流形法分析温度场及温度应力

 应用有限元法进行大体积混凝土结构的温度应力仿真分析时,为获得满意的计算精度,往往需要剖分比较密集的网格,计算工作量大。鉴于数值流形法具有自适应分析和网格剖分方便等优点,推导了基于高阶流形法的温度场及温度应力计算公式,公式中的被积函数均是多项式基底的乘积,可以直接采用单纯形积分法进行精确积分。在此基础上,开发了相应计算程序,为大体积混凝土结构的温度应力仿真计算开辟了新的途径。算例表明,在粗网格情况下,通过提高覆盖函数的阶数,数值流形法可迅速提高计算精度。     

瀑布沟心墙堆石坝地震裂缝分析

本文首先建议了判别土质心墙坝地震裂缝的应力与变形判据。然后，运用“南水”双屈服静力弹塑性数值模型及等价粘弹性动力模型，结合瀑布沟高心墙堆石坝进行了６种方案的静、动力应力应变计算。对该坝产生地震裂缝的可能性提出了判断分析。在此基础上，提出了高土石坝地震裂缝分析方法与抗裂措施。     

ANSYS在土石坝有限元计算中的应用

利用ANSYS提供的APDL语言二次开发平台编制相应的程序建立土体的邓肯张模型(简称E-B模型),以模拟土体的实际特性,并应用到深圳铜锣径水库风化土心墙石渣坝的实际工程计算中。计算结果表明所编制的程序满足土石坝有限元计算的数值要求,较好的反映了土石坝的实际应力、变形规律。     

粗粒料非线性模型(hhu-KG)的有限元实现及工程应用

介绍了一种可以考虑剪胀效应、中主应力影响以及强度非线性的粗粒料非线性模型(hhu-KG模型)。在次弹性理论的基础上将其扩展为一般应力空间中的应力应变关系,并基于土石坝静动力流固耦合可视化分析软件平台开发了该模型的有限元计算程序。采用该模型和邓肯E-B模型对某面板堆石坝进行了三维有限元数值模拟,并对两种模型的模拟结果进行了对比分析。结果显示,相较于邓肯E-B模型,hhu-KG模型计算所得到的最大沉降值与最大面板挠度值略小,而最大顺河向位移值略大,但是两种模型计算所得的坝体与面板变形分布规律大致相同,且符合工程的一般规律,验证了基于次弹性理论推导的刚度系数矩阵的合理性,同时也说明了hhu-KG模型在土石坝静力有限元分析中的适用性。研究成果为粗颗粒土在土石坝的应用提供参考。     

基于CATIA的斜心墙土石坝建模与分析

以往水利行业的工程设计多是采用传统二维CAD技术,与之相比,BIM(建筑信息模型)技术具有表达直观、纠错能力强、信息完备等优点。为克服传统设计技术图纸不易修改、表达效果抽象、工作效率低下等缺点,以实现适应斜心墙土石坝特点的水利信息化技术为目标,以CATIA为平台,结合某斜心墙土石坝工程,基于VB对CATIA进行二次开发,建立了参数化模型。同时,基于该模型可快速修改与更新的特性,完成了以填筑量为标准的坝轴线方案比选。最后,基于三维模型所提供的信息进行二次开发实现了多截面的坝坡稳定计算。实践证明,CATIA技术可代替传统设计方法实现信息化建模,也可更广泛实现工程建设全过程的分析计算、施工管理与运行管理工作,进一步提升行业管理水平。     

近断层脉冲型地震动对深厚覆盖层上高土石坝动力响应的影响研究

近年来,近断层地震动引起了工程界的密切关注,水工方面的相关研究主要集中在混凝土重力坝,对高土石坝的研究甚少,尤其是近断层脉冲型地震动的影响尚不明确。因此,结合我国西部强震区一些已建和拟建在深厚覆盖层上的高土石坝,开展脉冲型地震动对高土石坝抗震安全的影响研究是十分必要的。采用弹塑性本构模型进行有限元计算,对比分析脉冲型与非脉冲型地震动作用下大坝的动力响应。结果发现,脉冲型地震动对深厚覆盖层上高土石坝的加速度响应有一定影响,并使坝体在极短的持时内产生较大的坝体变形,不利于大坝安全。因此,建议在强震区、深厚覆盖层上修建高土石坝时,将近断层脉冲型地震动作用下的大坝抗震安全评价作为一个关键环节。     

基于高精准三维模型的土石坝整体变形监测研究

本文通过基于球面投影大坝三维表面构建算法构建土石坝表面模型,重建土石坝精确三维表面模型,将第一期数据作为参考数据,利用不同时期采集的点云数据与参考模型进行对比分析来获取大坝变形信息。通过试验验证了本文方法的可行性和实用性。     

土石坝和堰塞坝溃决机理与溃坝数学模型研究进展

土石坝溃坝机理与溃坝数学模型研究对于预测溃坝洪水致灾过程和致灾后果具有重要的意义。为此,概要介绍了国内外在土石坝溃决机理与溃坝过程数学模型方面的研究进展,特别是笔者研究团队近年来在该领域的最新研究成果,表明以笔者研究团队为代表的国内专家学者,在高土石坝溃坝离心模型试验技术,高心墙坝、面板坝及堰塞坝溃决机理和溃坝过程模拟理论研究方面走在了世界前列。但在土石坝溃坝过程模拟计算机软件的通用性以及溃坝致灾过程的可视化技术方面与欧美国家相比,仍有相当大的差距。建议今后应加大精细模拟高心墙坝、高面板坝溃坝过程数学模型的研究力度,注重可视化技术在溃坝过程模拟中的应用,加快研制通用性友好,能精细模拟土石坝溃坝及其致灾过程的可视化计算机软件。     

土石坝非稳定渗流场和应力场耦合分析方法

开展饱和／非饱和土的非稳定渗流场和应力场的耦合分析方法研究,考虑土石坝施工过程的初次蓄水变形、运行期考虑降雨和库水位升降导致的坝体变形对坝体安全的影响,对科学客观地评价坝体安全性具有重要意义。在对分析对象做出合理假定的基础上,推导了非稳定渗流场和应力场耦合的等价积分方程,对其进行了空间域和时间域的有限单元离散,并用Fortran90编制了相应的求解该耦合问题的非线性有限元程序。对一土柱非饱和固结问题的计算分析和一均质坝考虑施工过程和蓄水过程的应力应变计算分析表明,提出的针对土石坝的非稳定渗流场和应力场耦合分析方法是合理的,可以应用于实际工程。     

土石坝安全等级划分与防洪风险率评估

本文从土石坝安全等级评定和划分的有关规定出发,建立了防洪安全等级划分与风险概率的对应关系。根据风险率计算近似方法,校核率定了划分不同安全等级的风险率阈值和安全指数阈值,给出了不同安全等级土石坝的风险率区间,以实现大坝安全鉴定分级的定性评估与风险率定量计算的衔接。计算结果表明,土石坝的三种主要失事模式,包括洪水漫顶、滑坡失稳和渗流破坏,其安全等级划分的风险率阈值和安全指数阈值,大体维持在相同的水平上,略有差异。随大坝级别和安全等级的提高,风险率阈值减小,安全指数阈值相应增大。影响大坝安全的诸多不确定因素,包