混凝土坝的变位、工作性态及其监控指标的研究

本文扼要地叙述了由混凝土坝的变位推求大坝工作性态(关键部位的应力和关键截面的稳定安全系数)的基本原理和方法,推导出大坝安全性态的计算式,以及大坝安全变位监控指标的计算式。     

基于多轴等效应变动力损伤模型的混凝土坝工作性态分析

基于混凝土典型单轴动力应力应变曲线,考虑强度和弹性模量的应变率效应,建立了一种单轴动力损伤模型,通过与单轴拉、压试验结果对比验证其有效性。在此基础上结合等效应力、等效应变、等效应变率,提出了一种多轴等效应变动力损伤模型,并将该损伤模型应用于混凝土剪切试验、典型混凝土重力坝、拱坝的数值分析,得到地震荷载下结构损伤和应力响应,评价了结构动力性能及安全性,为混凝土坝动力安全分析提供了一条有效途径。     

基于等效损伤单元模型的高混凝土坝损伤开裂演化分析

基于宏观均质假定考虑混凝土细观非均质性的影响,推导了一种等效损伤单元,该单元具有类 似于普通有限单元的均质特性但尺寸处于相对高坝的细观层次,采用最大拉应力与摩尔－库仑破坏准 则作为损伤阈值,并发展增量形式的动力非线性迭代算法为计算分析工具;基于ＡＮＳＹＳ平台,以ＵＰＦｓ 为二次开发工具,在通用有限元软件中实现了考虑混凝土非均质特性的高坝损伤开裂演化模型的嵌入; 通过Ｋｏｙｎａ重力坝的典型损伤破坏形式验证了所开发计算模型的可靠性和良好的工程实用性,并通过 单元网格尺寸的优化分析,提出了适用于工程应用的最佳方案。     

混凝土等效单轴应变本构模型中εic计算公式的改进

本文讨论了混凝土等效单轴应变本构模型中，相应用最大应力的等效单轴应变εｉｃ计算公式的不足，并根据现有的试验资料，以应力－应变曲线的实验值和计算值的误差达到最小为目标，反演得到εｉｃ计算公式，算例表明新的计算公式能得出更满意的结果。     

混凝土等效单轴应变本构模型中εic计算公式的改进

本文讨论了混凝土等效单轴应变本构模型中，相应于最大应力的等效单轴应变εｉｃ计算公式的不足，并根据现有的试验资料，以应力 应变曲线的实验值和计算值的误差达到最小为目标，反演得到εｉｃ值，回归出新的εｉｃ计算公式，算例表明新的计算公式能得出更满意的结果。     

混凝土坝施工期应变监测资料建模分析

改进了混凝土大坝施工期应变统计模型,采用3个指数函数累加来表示时效分量,该时效分量表达式可描述任意收敛型的时效分量.对西南地区某建设中混凝土坝的实测应变资料分析结果表明,所提出的改进统计模型拟合精度较高,可用于对施工期的应变资料进行预处理.     

考虑温度历程的混凝土坝实测应变转换应力分析

由于混凝土各项性能和水泥水化反应密切相关,因此混凝土热学和力学性能的发展不仅与龄期有关,还与自身温度和温度历程有关,而传统混凝土坝实测应变转换应力计算理论中尚未考虑温度历程的影响,这导致转换获得的拉应力并非真实应力。基于等效龄期理论与变形法基本原理,推导了考虑温度历程的实测应变转换应力公式,并给出了考虑温度历程的实测应变转换应力计算步骤;结合西北地区典型混凝土坝对比分析了考虑温度历程及不考虑温度历程的转换应力,分析表明,西北寒冷地区的典型混凝土坝温度范围为6.4~37.0 ℃,考虑温度历程的拉应力与不考虑温度历程的最大差值为0.49 MPa,且差值峰值出现在早龄期,此时混凝土强度尚未充分发展,若不考虑温度历程影响,则无法进行准确的安全评价。     

灰色系统模型在混凝土坝应力分析中的应用

在混凝土坝蓄水初期应力观测数据较少的情况下，为分析坝体的应力影响因素和变化规律，该文利用有限元确定性模型与灰色系统模型相结合的方法，建立了混凝土坝应力分析灰色混合模型。桃林口水库混凝土坝体的应力分析结果表明该方法是合理的。     

基于层面参数等效的碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析

受施工、龄期、环境及服役期大坝承受的反复静动荷载等多因素影响,坝体和层面出现不同程度的劣化损伤,碾压层本体及层面物理参数呈渐变特性。针对碾压层内力学参数渐变的特性,提出了相应物理参数的等效算法,且给出了耦合性态参数间的数学转换关系,分析坝体应力场与渗流场相互影响机理,据此建立了考虑层内参数渐变的碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析模型,并编制了相应的有限元分析程序。工程实例分析表明,耦合作用致使大坝的渗流场发生改变,坝体的应力较未耦合时普遍偏大,坝踵处的应力集中显著;渗流场与应力场耦合作用激励下的不利因素可为大坝的设计、施工及安全运行提供参考。     

碾压混凝土拱坝等效本构模型研究

由于施工方式的影响，碾压混凝土坝在碾压层间出现结合面夹层，夹层的存在对其力学性能有较大的影响，夹层强度、刚度较低，形成结构破坏控制面。为计算层状结构体的应力应变分布，根据能量等效原理，把层状结构体转换为横观各向同性体，建立了一个连续等效模型，根据等效模型的计算结果进一步计算本体和夹层之间的应力、应变，使得计算工作量大大减少。连续等效模型与单元尺寸、夹层的数量无关，便于根据实际情况对坝体进行灵活的有限元网格剖分，通用性强，而且该模型能够计算夹层开裂后的情况，可用于坝体非线性损伤开裂分析。     

依据混凝土坝实测水平位移探讨坝的承载性能变化

本文提供了依据混凝土坝实测水平位移探讨坝的承载性能变化的根据、要求,并以实例说明具体过程。     

混凝土大坝地震损伤分析

基于大坝混凝土的地震反应特点及损伤力学的基本概念,建立了一种考虑残余应变的混凝土 非线性损伤模型。模型中假定混凝土的损伤是各向同性的,损伤状态由拉、压损伤变量予以描述;模 型考虑拉损混凝土反向受压时刚度恢复及受损混凝土却载后存留一部分残余变形,单轴时损伤及残余 变形的发展由一组经验曲线表示;混凝土损伤准则由Drucker-Prager曲线形式给出;模型中待定参数 由混凝土材料试验结果确定。采用简单的算例对该模型进行考核,并将其应用于Kyona坝体的地震损 伤分析中。     

论混凝土拱坝有限元等效应力

有限元法计算功能很强,但由于应力集中,难以直接用于混凝土拱坝体形设计,本文首先说明采用笔者提出的有限元等效应力可以解决这一矛盾,然后给出它的计算方法和计算结果,最后说明有限元等效应力的控制标准。笔者提出的上述方法和控制准则已为我国《混凝土拱坝设计规范》( DL/T 5346-2006 )所采用。     

Numerical simulation of seismic damage and cracking of concrete slabs of high concrete face rockfill dams

Based on the damage constitutive model for concrete, the Weibull distribution function was used to characterize the random distribution of the mechanical properties of materials by finely subdividing concrete slab elements, and a concrete random mesoscopic damage model was established. The seismic response of a 100-m high concrete face rockfill dam(CFRD), subjected to ground motion with different intensities, was simulated with the three-dimensional finite element method(FEM), with emphasis on exploration of damage and the cracking process of concrete slabs during earthquakes as well as analysis of dynamic damage and cracking characteristics during strong earthquakes. The calculated results show that the number of damaged and cracking elements on concrete slabs grows with the duration of earthquakes. With increasing earthquake intensity, the damaged zone and cracking zone on concrete slabs grow wider. During a 7.0-magnitude earthquake, the stress level of concrete slabs is low for the CFRD, and there is almost no damage or slight damage to the slabs. While during a 9.0-magnitude strong earthquake, the percentages of damaged elements and macrocracking elements continuously ascend with the duration of the earthquake, peaking at approximately 26% and 5% at the end of the earthquake, respectively. The concrete random mesoscopic damage model can depict the entire process of sprouting, growing, connecting, and expanding of cracks on a concrete slab during earthquakes.     

基于应变率相关的非线性损伤模型在高拱坝横缝开度分析中的应用

本文采用应变率相关的混凝土非线性损伤模型以及基于Lagrange乘子的点-点接触直接刚度法,进行了同时考虑混凝土材料非线性以及拱坝横缝接触非线性的高拱坝地震响应分析。研究表明,由于在地震过程中的混凝土非线性软化以及局部损伤开裂的影响,非线性拱坝横缝的开度及分布与采用线弹性混凝土本构关系计算结果有明显的不同,这对于横缝止水的设置具有重要影响。     

基于混凝土率相关损伤模型的重力坝地震动超载响应分析

本文通过在损伤张量中引入应变率的影响,提出了应变率相关的混凝土弹塑性损伤模型,用来模拟混凝土材料在动力工况下的力学行为。利用此模型对一重力坝进行了地震动超载响应分析,分别从损伤断裂程度和层面抗滑稳定两个方面对坝体进行了安全评价。结果表明,由于地震荷载引起的应变率在坝面的分布不同,坝面各处的动态性能变化不一致,由此引起的混凝土强度和刚度的变化对坝体的动力响应和安全评价有重要影响。     

严寒地区混凝土重力坝变形行为分析与预测模型

变形是环境荷载动态变化与结构性能演化耦合作用下大坝服役性态的直观表征,合理的变形行为分析与预测模型是科学诊断大坝健康态势并预测其未来运行行为的重要科学手段。考虑到严寒地区混凝土坝变形行为受环境温度变化影响显著,为有效解译环境温度动态波动导致的热变形特征,构建了基于实测边界温度的严寒地区混凝土重力坝变形行为分析模型。同时,为深入挖掘变形及其解释变量间复杂的因果函数关系,引入具有优良非线性训练能力的孪生支持向量回归(Twin Support Vector Regression, TSVR),并结合鲸鱼算法(Whale Optimization Algorithm, WOA)对TSVR参数优化求解,据此提出了基于优化TSVR的混凝土重力坝变形预测模型。以严寒地区某混凝土重力坝为例,利用所建变形行为分析模型剖析了该坝某表孔溢流坝段坝顶水平位移变幅大且与其它测点水平位移变化规律相反的不协调变形行为的成因,研究结果对深入认识严寒地区混凝土坝变形行为具有重要价值;同时,基于优化TSVR的变形预测模型拥有出色的非线性信息挖掘与建模预测能力,为高精度预测大坝变形提供了一种新方法。