高混凝土面板坝流变分析

推导了高围压下的幂函数流变本构模型在三维有限元分析中的具体算法和实现步骤.根据该流变模型对水布垭面板堆石坝进行了流变分析.结果表明,考虑堆石流变后的坝体沉降有明显的增加,对面板的应力变形状态有较大影响,对于高面板堆石坝,选用合适的流变模型正确模拟堆石体的流变变形及发展规律,对减小面板的裂缝和脱空具有重要意义.     

贴坡型混凝土面板堆石坝应力变形及坝坡稳定分析

利用堆石坝对地形条件适应性强的优势,某混凝土面板堆石坝设计建于条形山脊上,依天然坡面分别贴岩坡填筑堆石料,使原山体成为坝体一部分,形成国内比较罕见的贴坡型混凝土面板堆石坝.假设堆石料服从Duncan-Chang本构模型,采用平面非线性有限元法,预测了坝体在竣工期和蓄水期应力变形;并根据极限平衡理论和考虑堆石料的非线性强度计算了坝体稳定安全系数.全部计算结果表明:贴坡型混凝土面板堆石坝的坝体变形规律与常规混凝土面板堆石坝有较大的不同,坝体沉降和水平位移较小,受地形和岩坡开挖形态影响较大,下游岩坡开挖成阶梯形态对降低和控制坝体沉降具有较明显的效果,可减小下游坝体滑动的趋势,对维持和提高坝体竣工和蓄水后的稳定性有利.     

面板堆石坝沉降变形预测的神经网络方法

运用MATLAB语言提供的newff函数创建BP神经网络,研究面板堆石坝坝体最大沉降变形与坝高、坝体变形模量和河谷形态之间的内在联系.对样本集内的数据采用lnx函数进行非线性变换和比例归一化处理,使样本数据分布于[0.2,0.8]区间内,可改善网络的性能.对网络结构及训练样本的确定进行了分析,通过工程应用验证网络结构的可靠性及预测精度.结果表明,用试错法确定的网络结构是可靠稳定的,对坝体最大沉降变形预测的精度高于常用的工程类比法,此方法可应用于实际工程.     

Rheological properties of surrounding rock in deep hard rock tunnels and its reasonable support form

Second lining stability, which is the last protection in tunnel engineering, is critically important. The rheological properties of the surrounding rock heavily affect second lining stability. In this work, we used laboratory triaxial compressive rheological limestone tests to study nonlinear creep damage characteristics of surrounding rock mass in construction projects. We established a nonlinear creep damage constitutive model for the rock mass, as well as a constitutive model numerical implementation made by programming. Second, we introduced a new foam concrete with higher compression performance and good ductility and studied its mechanical properties through uniaxial and triaxial tests. This concrete was used as the filling material for the reserved deformation layer between the primary support and second lining. Finally, we proposed a high efficiency and accuracy staged optimization method. The minimum reserved deformation layer thickness was established as the optimization goal, and the presence of plastic strain in the second lining after 100 years of surrounding rock creep was used as an evaluation index. Reserved deformation layer thickness optimization analysis reveals no plastic strain in the second lining when the reserved deformation minimum thickness layer is 28.50 cm. The results show that the new foam concrete used as a reserved deformation layer filling material can absorb creep deformation of surrounding rock mass, reduce second lining deformation that leads to plastic strain, and ensure long-term second lining stability.     

宝山水电站沥青砼心墙特性分析

根据宝山水电站堆石坝浇筑式沥青砼心墙的试验研究及施工实践，分析论证了浇筑式沥青砼土的抗渗性能，对坝体变形的适应性、力学稳定性和耐久性，给出了满足工程质量要求的浇筑式沥青砼的选用材料及其配合比     

300 m级高堆石坝长期变形预测

流变是高堆石坝变形的重要特征,过大的后期变形将对大坝的安全运行产生影响.采用幂函数流变本构模型,对双江口300m级心墙堆石坝长期变形进行了3维有限元仿真分析,根据堆石料尺寸效应的流变试验资料,初步探讨尺寸效应对高堆石坝长期变形的影响.分析结果表明:双江口心墙堆石坝在大坝满蓄后3年大坝变形基本趋于稳定,变形量在可控制范围之内;尺寸效应对高堆石坝长期变形影响明显,与实际堆石体相比,缩尺后的室内堆石试样表现出较小的长期变形,对大坝变形的预测精度有一定影响.     

基于大尺寸流变试验的高堆石坝长期变形预测

堆石体的变形是长期而复杂的过程,其变形包括瞬时变形和随时间变化的流变变形,过大的长期变形将对大坝的安全运行产生影响.采用长科院幂函数流变本构模型,对双江口300m级心墙堆石坝长期变形进行了三维有限元仿真分析,根据堆石料尺寸效应的流变试验资料,初步探讨尺寸效应对高堆石坝长期变形的影响.分析结果表明:双江口心墙堆石坝在大坝满蓄后3年大坝变形基本趋于稳定,变形量在可控制范围之内;尺寸效应对高堆石坝长期变形影响明显,与实际堆石体相比,缩尺后的室内堆石试样表现出较小的长期变形,对大坝变形的预测精度有一定影响.     

堆石坝面板混凝土施工期温度和应力全坝段仿真分析

针对堆石坝面板混凝土易开裂问题及其结构特点,开展了面板混凝土施工期温度和应力变化规律的仿真研究.依托某混凝土面板堆石坝工程,建立了三维仿真计算网格;采用三维不稳定温度场和应力场的有限元仿真计算程序,对堆石坝面板全坝段施工过程的温度和应力进行了动态仿真计算和分析.结果表明,堆石坝面板施工期内部拉应力较大,且最大拉应力出现在最大温降龄期;此外,面板短间歇面施工期拉应力较小,长间歇面在上层混凝土浇筑后拉应力较大.     

零屈服应力下混凝土三轴受压塑性模型

为了模拟混凝土真三轴压缩的力学性质,在分析混凝土真三轴和常规三轴压缩试验结果基础上,以经典塑性力学为理论基础,建立了混凝土的真三轴本构模型.模型考虑了混凝土初始屈服强度为0的实验特性,采用4参数的Hsieh-Ting-Chen作为破坏准则,假定材料强化和软化符合各向同性和非相关联的塑性流动法则,并将混凝土压缩实验中的扩容和塑性功相联系起来,把lode角引入塑性势函数中.模型与两种不同配比的混凝土立方体试件分别在6组不同加载路径下的试验结果进行了验证.     

Numerical simulation of the separation between concrete face slabs and cushion layer of Zipingpu dam during the Wenchuan earthquake

The Zipingpu concrete-faced rockfill dam(CFRD)experienced strong ground motion from the 2008 Wenchuan earthquake.Separation between concrete face slabs and the cushion layer was observed after the earthquake.The separation voids under the stage III slabs make up 55%of the total area of the stage III slabs.The observed maximum height of the separation voids was nearly 23 cm at the top of the stage III slabs.Separation voids were also observed locally below the top of stage II slabs near the left abutment,with a maximum height of 7 cm.In this study,a static and dynamic elasto-plastic finite element analysis on Zipingpu CFRD was conducted to capture the separation during the Wenchuan earthquake.The rockfill materials were described using a state-dependent elasto-plastic model that considered particle breakage.The model parameters of rockfill materials were obtained from feedback analysis.The numerical results were largely consistent with the field measurements during construction and after the Wenchuan earthquake.A three-dimensional state-dependent elasto-plastic model that can trace the separation and re-contact of a soil-structure interface was employed to investigate the interaction between concrete face slabs and a cushion layer.The analysis showed the distribution of separation voids observed in the Zipingpu CFRD has a close relationship to the water level and slab dislocations at the time of the earthquake.The phenomenon of the separation from the Wenchuan earthquake was successfully captured by the proposed numerical procedure.     

堆石蠕变与颗粒破碎特性三轴试验

为分析堆石的蠕变规律和研究颗粒破碎与蠕变的关系,对某堆石料进行了不同应力水平和围压下的大型三轴排水蠕变试验。蠕变试验后通过筛分试验测量了堆石的颗粒破碎程度。结果表明堆石的蠕变变形与应力水平和围压有关;轴向蠕变和体积蠕变随应力水平的增大而增大,应力水平相同时则随围压增大而增大。堆石的应变一时间关系可用幂函数表示,轴向应变一应力关系和体积应变一应力关系分别满足双曲线函数和线性比例函数。随应力水平和围压的增大,堆石颗粒破碎增多。堆石颗粒破碎可用相对颗粒破碎指数度量,其与轴向蠕变和体积蠕变近似呈线性比例关系。     

利用ABAQUS分析混凝土面板堆石坝非线性应力与应变

利用通用有限元分析系统ABAQUS的用户子程序,实现了Duncan-Chang模型的开发.对某混凝土面板堆石坝(CFRD)进行了填筑与蓄水过程的应力与变形的三维非线性有限元仿真模拟,得到了坝体和面板的应力与变形、垂直缝和周边缝沉陷、剪切和张开变形等结果,可为坝体断面优化分区、接缝止水设计提供重要参考依据.同时表明:充分利用ABAQUS已经具备的非线性分析功能,二次开发是完成混凝土面板堆石坝三维非线性应力应变分析的有效解决方案.     

响水涧抽水蓄能电站上水库主坝应力变形分析

面板堆石坝的应力变形,尤其是面板的应力变形及周边缝、垂直缝的变形是工程设计施工人员最为关注的部位．以响水涧抽水蓄能电站上水库主坝为例,建立三维有限元模型,计算分析各工况下坝体、面板的的应力应变以及周边缝、垂直缝的变形,为面板坝设计施工提供参考性意见．     

堆石料的三维应力分数阶本构模型

为合理反映粗粒土的状态依赖非关联应力-应变特性,提出应力分数阶塑性力学模型。已有模型基于三轴试验结果,无法对堆石料真三轴条件下的应力-应变特性进行预测,为解决这一问题,基于特征应力法对已有分数阶塑性力学模型进行完善。进一步选取不同初始状态条件下堆石料的真三轴压缩试验数据对模型进行验证,结果表明,三维化后的分数阶岩土塑性力学模型可以合理地模拟不同初始状态的堆石料在真三轴压缩条件下的应力-应变行为。与传统塑性力学模型相比,提出的分数阶塑性模型在描述堆石料非关联流动时不需要额外引入塑性势函数,仅需对已有屈服面求解分数阶导数。此外,模型在特征应力空间中推导完成再映射到原应力空间,可描述土体的三维强度特性,无需额外采用三维强度准则。     

某面板堆石坝应力及变形的有限元分析

基于邓肯-张E-B模型,建立了某面板堆石坝的有限元计算模型,获得了施工期、正常蓄水期和水位骤降期的坝体、面板应力及变形的分布和变化规律.结果表明:该混凝土面板堆石坝的坝体应力及变形性状正常,变形值在可接受范围内;坝体发生剪切破坏的可能性较小;趾板下覆的坝基较小范围内,存在应力集中和小主应力方向受拉的现象;库水位的大幅度变化对面板的挠度影响明显;坝基中断层只是对坝基的应力分布形态有影响,对坝体的应力变形影响微弱.     

深厚覆盖层上堆石坝坝基廊道抗震安全性评价

为探讨深厚覆盖层上堆石坝坝基廊道地震反应规律并评价其抗震安全性,以金平沥青混凝土心墙堆石坝为背景工程,在三维非线性静力分析基础上,采用子模型技术对坝基廊道进行了地震动力时程分析,坝体材料及覆盖层采用Hardin-Drnevich动力本构模型,采用薄层单元模拟各类接触面.计算成果显示,廊道中部动应力反应相对较大,地震过程中其应力变形极值相对静力工况变化较小;设计地震对廊道与两岸灌浆平洞接缝的变形影响不大;坝基廊道与沥青混凝土心墙的连接部位始终处于受压状态,对该部位止水的防渗可靠性有利.总体来说,坝基廊道的抗震安全性是有保障的.     

Hardfill坝断面优化设计的探讨

介绍了一种新的碾压混凝土坝形式——Hardfill坝,这种新坝型综合了碾压混凝土坝和堆石坝的特点,筑坝材料为一种放宽要求的贫碾压混凝土——Hardfill.参照混凝土重力坝和土石坝断面设计方法,对Hardfill坝的断面形式进行研究.结合Hardfill坝的特点,加入了稳定坡角这一约束条件,提出了Hardfill坝体型优化设计方法,可作为Hardfill坝断面设计的参考.     

火灾下钢筋混凝土结构热弹塑性变形分析

为了研究钢筋混凝土结构在火灾作用下的力学性能,利用弹塑性理论,根据材料不同的屈服法则,分别给出了钢筋和混凝土材料考虑温度变形和徐变变形热弹塑性问题的增量本构方程。考虑钢筋和混凝土力学性能随温度的变化,编制程序对钢筋混凝土简支板进行了非线性分析,并利用相关文献的试验结果,对本构方程的正确性和适用性进行了验证。对火灾作用下1榀单层单跨钢筋混凝土框架进行了非线性分析,并给出了部分节点位移随受火时间的变化规律。结果表明,钢筋混凝土结构在高温下会产生很大变形,钢筋混凝土框架梁柱节点位移随受火时间变化的曲线并不是呈单调变化趋势,有拐点存在,梁柱节点竖向位移值小于梁跨中节点值。     

江坪河水电站混凝土面板堆石坝三维有限元分析与面板裂缝控制

裂缝是制约面板堆石坝推广的重要控制因素之一.针对可能导致面板出现裂缝的各种因素,结合江坪河面板堆石坝实际工程,建立包含面板、堆石体和岩基的三维数值分析模型,采用邓肯-张E-B模型模拟堆石体的应力应变关系,对竣工期与运行期的面板、周边缝的应力与变形展开研究,并对邓肯-张E-B模型中的关键控制材料参数进行了敏感性分析.结果表明:参数n、m对堆石体和面板的变形及应力影响较小,而Rf和k产生的影响较大.因此,堆石体选料应该级配合理,碾压应充分,保证坝体填筑均匀上升,加速竣工期沉降,减少蓄水后的变形量,避免蓄水后的堆石体和面板产生过大的沉降以及出现裂缝.     

小河面板堆石坝应力与变形分析

采用邓肯模型对小河面板堆石坝竣工期和蓄水期进行了三维有限元计算,接触面用弹粘塑性本构关系的节理单元进行模拟,分析了不同时期坝体及面板的应力变形情况.计算结果表明,坝体最大横断面的最大沉降值约为坝高的0.54%,面板周边缝位移的绝对值都小于8 mm,大坝应力变形满足安全要求.