地震条件下引水隧洞动力响应分析

当工程所处坝址地震烈度较高时,为了保证引水隧洞的安全,需要进行考虑地震荷载作用下的硐室稳定性研究。以某引水隧洞工程为例,运用数值模拟方法进行地震动力模拟,从而作出引水隧洞的稳定性评价,以期分析成果和研究方法可以为其他相关隧洞工程设计提供参考与借鉴。     

粘弹性文克尔地基矩形板的稳态动力响应分析

本文研究了粘弹性地基上矩形板在受到运动常值荷载和运动谐和荷载作用下的动态响应问题，得到了薄板的动力响应的解析表达式，计算和分析了板的固有频率和临界速度。通过算例深入分析了荷载运动速度和频率及地基参数等对板的动态挠度影响的规律。结果表明，荷载运动速度、频率和地基刚度对板挠度的影响较大。     

反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度计算

倾倒破坏是反倾层状岩质边坡一种主要的变形破坏模式。基于悬臂梁极限平衡理论研究反倾层状岩质边坡变形破坏是一种既注重变形过程又注重力学分析的可行方法。以地质分析为基础,基于梁板上、下层面间的正应力为三角形分布的假设,根据悬臂梁极限平衡分析模型,通过物理力学解析,开展反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度的研究,并推导出其计算公式。通过对一个工程实例的计算,得出其折断深度与实际现场调查的倾倒变形发育相近,并采用离散单元法(DEM)数值模拟手段进行了分析验证。实例计算表明,推导的公式能较准确地计算反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度。研究成果对反倾层状岩质边坡稳定性评价与防治具有一定的理论指导意义和应用价值。     

冻融循环中低应力水平加卸载作用下砂岩物理特性研究

采用无损检测技术,对冻融过程中预加载损伤和无加载损伤的砂岩岩样进行检测,检测内容包括每次冻结、融化、低温烘干后各个岩样的质量、纵波波速、电阻率及浸润面积。通过试验数据分析得到了在不同冻融循环周期条件下,砂岩在不同上限应力循环加卸载作用下的物理特性变化规律及评价岩样敏感程度的最佳参数,为水利水电相关的岩质工程,如岩质的隧洞口、水工边坡等在冻融循环荷载次序作用下的一些稳定性分析提供了参考,也为相关试验优选测试指标提供了依据。     

岩质边坡动力稳定安全评价方法研究

提出了在采用不同的降强倍数对抗剪强度进行折减后进行静力有限元分析的基础上,再进行动力有限元计算的岩质边坡动力稳定安全评价方法。以在地震荷载作用下,边坡处于临界稳定状态时的降强倍数定义为动力稳定安全系数。通过对一个岩质边坡实例的分析,说明了采用有限元法对岩质边坡进行动力稳定评价的实施过程。分析中地震波作用在人工边界上,采用粘性辐射边界避免地震波在边界的反射现象。     

强震作用下反倾层状岩质边坡变形及破坏模式研究

以反倾层状岩质边坡为研究对象,通过振动台试验,对强震作用下反倾层状岩质边坡的变形规律和破坏模式进行了研究,并通过数值分析对试验结果进行了验证。结果表明,反倾层状岩质边坡在强震作用下坡体内的位移不断增大,能量不断累积,裂隙不断发育延伸;裂隙从边坡的中下部开始发育,沿结构面不断向边坡内部和上部延伸;裂隙的产生、发育和贯通是反倾层状岩质边坡整体失稳的主要原因。反倾层状岩质边坡在强震作用下主要变形规律为,在震动初期坡体表面部分岩体松动,最终脱离坡体坠落;随着震动的持续,裂隙沿坡体内部结构面逐渐贯通,产生崩塌破坏。     

考虑结构面分布特征的岩质边坡地震响应分析

为探索岩质边坡在地震荷载作用下的动力响应问题,运用3DEC离散元软件,定量分析了地震荷载作用下岩质边坡结构面发育位置、结构面数量、以及结构面间距对边坡加速度放大系数的影响规律。结果表明：在单条结构面的情况下,其发育位置对岩质边坡加速度响应的影响比较明显,结构面距坡面越近,加速度峰值放大系数越大;随着结构面数量的增多,加速度峰值放大系数呈现出明显的递减趋势;在结构面数量一定的情况下,结构面间距的变化对加速度峰值放大系数的影响不大。研究结果有助于进一步揭示岩质边坡在地震作用下的动力响应规律。     

爆破开挖扰动下顺层边坡动力响应规律数值模拟研究

以宜昭高速公路工程取料场爆破开挖产生的岩石边坡为计算实例，结合通用有限元软件ABAQUS对爆破荷载作用下岩质边坡开挖时的振动响应进行三维数值模拟研究，利用爆炸等效荷载施加方法，结果得到了岩质边坡支护完成后，在爆破荷载作用下支护结构面上质点振动速度变化规律和应力特性。     

地震荷载作用下岩质边坡动力响应分析

岩质边坡的地震响应分析,与地震荷载的施加、动力边界的设定等一系列问题有关,采用动力时程法对某水电站尾水渠的岩质边坡进行动力响应分析,对地震荷载和渗流力的耦合作用下的响应情况进行深入研究。     

反倾层状岩体倾倒变形发育深度模型的计算分析

为分析反倾岩质边坡弯曲倾倒破坏机理,通过对反倾层状岩体的物理力学解析及悬臂梁极限平衡分析模型的优化,开展反倾层状岩体变形发育深度计算研究。基于流变理论,采用广义开尔文流变模型,以变形发育极限位置处零应变作为发育深度的界定标准,获取了反倾层状倾倒变形体的发育深度。进而,将两种方法推导出来的计算式进行工程实例分析,并与前人的研究成果进行对比分析,探讨其工程实际应用价值。实例计算表明:优化下的悬臂梁模型比广义开尔文流变模型计算的发育深度更接近实际情况;反倾层状边坡倾倒变形破坏发展演化的四个阶段为初始弯曲变形阶段、累计弯曲变形阶段、板裂体折断破裂阶段、破坏阶段。研究成果对反倾层状岩质边坡整体稳定性判别及失稳规模预测具有一定理论意义和参考价值。     

频域内求解移动荷载作用下三维层状场地动力响应的理论推导

基于Hung教授所做移动荷载作用下弹性半空间的振动分析,给出了频域内求解移动荷载作用下三维层状场地动力响应的理论推导,得到弹性半空间动力刚度矩阵和单层土动力刚度矩阵;根据相邻层连接处的平衡条件和变形协调条件,得到具有对称性精确分析、且不受土层厚度影响的整体刚度矩阵。本理论分析方法可用于求解三维层状场地在车辆移动荷载作用下的动力响应问题。     

排水结构设置后软岩隧洞的渗流-应力耦合分析

高外水作用下,深埋软岩隧洞围岩-支护结构安全将受到极大挑战。为了降低高外水压对软岩隧洞围岩-支护体系的影响,较常见的工程处理措施为在隧洞周围布置排水结构,以降低洞周外水压力。笔者首先提出了一种简便的隧洞围岩-衬砌结构渗流-应力分析思路。然后,以某过断层带深埋软岩隧洞为研究对象,通过开展隧洞施工期、运行期渗流-应力耦合分析,研究了软岩隧洞排水结构的排水效应。研究发现,在注浆圈和排水结构的综合作用下,隧洞衬砌附近的水力比降较小,注浆圈水力比降较大,使注浆圈承担绝大部分外水荷载,而衬砌承担少部分外水荷载;在软岩和衬砌的变形协调作用下,最终形成注浆圈与衬砌的协同承载效应,有效提高了隧洞的运行安全水平。     

强震作用下中倾外层状岩质边坡动力失稳机理研究

中倾外层状岩质边坡在静力条件下的稳定性一般较好,但是在对"5·12"汶川地震中失稳边坡调查的过程中,却发现了大量的中倾外层状岩质边坡动力失稳案例。为了得出该类型斜坡动力变形失稳机理,采用三维离散元数值模拟技术,对该类型边坡在地震作用下失稳机理进行数值模拟。结果表明:在地震荷载作用下,坡表各监测点PGA放大系数随高程增加呈现非线性增大且均大于1。在边坡水平剖面上PGA放大系数先增大,在距坡表50 m后逐渐降低;而竖直剖面上PGA放大系数在1/2高度下整体变化不大,超过该高度其急剧增大。地震作用下整个边坡的失稳机理为:边坡顶部优势层面逐渐张开,缓倾坡外的结构面发生剪切变形;随着变形的发展,坡体上部拉张裂缝向深处扩展,坡内锁固段岩层被破坏,控制性结构面贯通;滑坡沿贯通滑面快速滑下,摧毁坡脚铁路线并堵塞河道,整个边坡发生拉裂-滑移-剪断型失稳破坏。研究成果为类似地区的边坡工程地震失稳分析提供参考和依据。     

显式算法中三维黏弹性人工边界应用及输水隧洞动力响应分析

为确保大型复杂三维有限元模型动力响应分析的稳定性及高效性，结合二维黏弹性边界理论及其在动力显式分析中稳定性的改善方法，提出了一种适用于ABAQUS/Explicit模块的三维黏弹性人工边界方法，并依托某输水隧洞与临近高铁隧道的立交工程，在设有三维黏弹性边界的基础上研究高速列车振动荷载对既有水工隧洞的振动影响特性。结果表明，采用动力显式分析时，稳定性改善后的黏弹性人工边界具有良好的吸能效果，满足远域地基的回弹性能；振动荷载对输水隧洞的动力影响随着作用距离的增大而减小，且各断面的动力响应极值均出现在底板中心。     

水电站地下厂房楼板结构设计对振动特性的影响规律

以某大型水电站为工程实例,为研究板梁结构、等方量厚板结构和等静力刚度厚板结构三种形 式楼板结构振动特性的差异,建立地下厂房三维有限元模型进行不同楼板结构动力特性的对比分析。 结果表明:在机组动荷载作用下,不同形式楼板结构的动力响应差别并不明显;在脉动水压力作用下,当 荷载频率接近楼板低阶自振频率时,板梁结构振幅较小,有一定优越性,但从总体上评价,特别是在高频 区域,厚板结构的振幅更小,抗振性能更好。     

层状岩质边坡动力变形破坏特征的试验研究

以反倾层状岩质边坡为研究对象,通过振动台试验对地震作用下反倾层状岩质边坡的变形破 坏过程进行了研究,观察记录了在不同频率、振幅、持时地震波作用下模型边坡的宏观变形破坏特征。 在此基础上,对模型边坡的变形破坏模式进行了分析。试验结果表明:地震作用下边坡变形破坏特征与 地震动参数密切相关;结构面对边坡的变形破坏有着控制作用;地震作用下反倾层状岩质边坡的变形破 坏模式可概化为:地震诱发———顶部及浅表部松动变形———坡体裂缝发育、扩展及层间错动加剧———顶 部及浅表部破坏加剧———坡脚拉张裂缝扩展及层间错动加剧,引起边坡大规模崩塌溃坏,散落岩体堆积 坡脚。     

爆破荷载诱发节理岩体边坡位移突变的能量机理研究

爆破荷载是水利水电工程岩石边坡开挖主要动力扰动因素之一,在爆破开挖过程中常会出现位移突变.首先根据某节理岩质边坡实测位移数据进行分析,然后结合数值模拟研究了爆破荷载诱发节理岩体边坡位移突变机理及其变化规律,最后探讨爆破设计参数对节理岩体边坡位移突变的影响.研究表明:爆破荷载下,节理岩体的位移突变是由爆破荷载升压阶段岩体...     

基于3D打印矩形板件的轴压屈曲试验研究

针对刚性基底上矩形板件的局部稳定问题,制作了4组不同宽厚比参数的光固化3D打印树脂矩形薄壁管进行基于数字图像相关(DIC)技术方法的轴压试验,可视化研究了矩形板件在单侧约束条件下的受压屈曲演化过程,同时进行了树脂材料的拉伸材料性质试验。引入基于Koiter理论的p-w²预测方法,利用该方法预测试验结果的实际屈曲荷载,将试验结果与理论计算屈曲荷载结果对比分析。结果表明：与无侧向约束的自由板件相比,侧向约束作用可以提升板件屈曲荷载和极限强度,该效果最少可达到1.5倍和1.7倍;较薄板件具有更大的初始缺陷,侧向约束无法对形成紧密约束,导致其屈曲波长和自由板件相差不大;对于自由板件,其理论屈曲荷载值较拟合屈曲荷载值总是偏大,而对于受侧向约束作用的板件,理论屈曲荷载的预测效果较好,证明了理论计算方法和p-w²拟合方法的可靠性。     

瀑布沟水电站尾水隧洞出口高边坡地震作用效应及稳定性

瀑布沟尾水隧洞出口高边坡稳定性问题突出。本文采用动力有限元分析方法,研究地震荷载作用下边坡的动力响应特性,揭示边坡在地震作用下的变形、速度、加速度与应力分布特性,以及对边坡稳定性的影响。     

再论隧洞水荷载的静力计算

自“隧洞水荷载静力计算”一文发表以来,通过较长时间的各种形式的讨论以及对若干水工隧洞工程的分析计算,使水荷载作用下的隧洞应力计算得到进一步充实和发展,形成了水工隧洞静力计算3原则:水荷载是渗透场力;隧洞应力与水荷载历史过程有关;衬砌与围岩有条件地联合作用。 本文是在文献[1]的基础上作进一步的阐述和补充,对上述3原则作一个完整的介绍。