不同失稳判据下边坡稳定性的规律性

以塑性区贯通、位移增量突变、计算不收敛3种边坡失稳判据为依据,采用强度折减有限元法和重度增加有限元法对简单边坡进行了分析。结果表明:以边坡潜在滑动面上某点位移增量突变作为边坡失稳判据是准确的;对于不同土体强度参数下,以位移增量关系曲线突变为判据得到的边坡的安全系数较另外两种方法稳定;对应于塑性区贯通、位移增量曲线突变和计算不收敛的3种判据,边坡潜在滑动面依次向深层发展,边坡的安全系数依次增加。     

塑性应变能判据在三维边坡稳定性分析中的应用

强度折减法自提出以来,在边坡稳定性分析领域快速发展。安全系数的获得依赖于所选取的失稳判据,但是目前普遍应用的计算不收敛、位移突变和塑性区贯通的判断依据的合理性还存在一定的争议,在工程界不能形成统一的认可,而塑性应变能具有数值单一、概念明确,能真实反映结构稳定性的特点。结合工程实例,用FLAC3D建立三维边坡数值模型,用塑性应变能判据和尖点突变分析模型确定安全系数。结果表明:塑性区应变能判据能较为一致地反映边坡产生塑性、发生破坏的过程,在三维边坡稳定性分析中的应用是可行的;基于该判据得到的安全系数,与塑性区贯通、位移突变、计算不收敛判据和三维极限平衡法的相对误差均不足10%,安全系数的准确度有一定保证。     

强度折减法在单洞室稳定性分析中的失稳判据比较

针对应用强度折减法对单洞室稳定性分析中临界失稳判据不统一的现状,基于Flac 3D软件建立围岩、埋深、洞室断面形状不同的模型,对强度折减法中广泛使用的计算不收敛判据、特征点位移突变判据、塑性区贯通判据加以比较.结果表明:单洞室塑性区围绕开挖面成片存在,不宜直接作为临界失稳的判据;在土质围岩和岩质围岩中三种断面形式的洞室...     

有限元强度折减法中边坡失稳判据研究

研究了应用有限元强度折减法分析边坡从稳定逐步发展到破坏过程中，土体水平位移和等效塑性剪应变随荷载增加的变化特征曲线经历的4个特征区段。发现以广义塑性应变或者等效塑性应变区从坡脚到坡顶贯通作为边坡失稳的判据不够充分，土体产生很大且无限的水平位移和塑性应变才是导致边坡失稳的根本原因。提出了以土体水平位移和等效塑性剪应变随荷载增加的变化曲线作为有限元强度折减法中边坡失稳的判据。     

基于有限元法的岩质边坡地震稳定性数值分析

基于有限元法,采用三维非线性时程分析,运用强度折减理论,通过位移突变性判据和塑性区贯通判据综合分析岩质边坡在地震工况下的稳定性.在三维有限元模型中,通过设置黏弹性人工边界来吸收地基的辐射阻尼效应,充分考虑由岩体自重产生的地应力场和岩脉及断裂破碎带对稳定性的影响.分析结果表明:以位移突变为稳定安全系数的一项判据,沿边坡高...     

高拱坝与坝肩开挖边坡的相互作用研究

我国西南地区特殊的地质构造,以及水利枢纽的高拱坝、高边坡特点,使得边坡和坝体的相互作用问题在该地区尤为突出.在弹塑性理论的基础上,提出以塑性余能范数为指标的结构稳定分析方法;指出在一定荷载作用下,弹塑性结构在失稳情况下,总是趋向于塑性余能范数最小的状态.如果塑性余能范数等于0,则表明存在同时满足平衡条件和屈服条件的协调应力场,结构稳定;如果塑性余能范数大于0,则表明不存在同时满足平衡条件和屈服条件的应力场,结构失稳.同时,基于大荷载步长下的弹塑性本构积分算法,进行岩体结构的非线性有限元分析.以锦屏一级拱坝左岸坝肩开挖边坡为对象,计算分析边坡与拱坝的相互作用.结果表明,在一定程度上拱坝拱端推力对边坡的整体稳定是有利的;边坡降强在超过1.5倍以后才会对拱坝的受力性态和整体稳定产生影响.     

西南某水电站地下厂房围岩稳定性分析

采用地下厂房高边墙一个关键点位移的预测方法得出高边墙关键点的位移,并以弹塑性位移相对比值判别法作为围岩稳定性的判据,再分别讨论计算顶拱围岩在有塑性区和无塑性区情况下顶拱的临界沉降量,对西南某水电站地下厂房洞室围岩整体稳定性进行研究和评价。监测数据显示顶拱的位移近似呈阶梯式上升,自09/01/01以后基本保持平稳没有大幅度上升的趋势,围岩的位移值小于计算的临界位移值,与本文分析结果相符合。根据收集的地质素描资料对顶拱和边墙出现的结构面组合切割形成的失稳块体进行稳定性分析计算,对于不稳定的块体进行及时的支护,保证厂房围岩的局部稳定。     

基于强度折减法的靠崖式黄土窑洞稳定性分析

靠崖式黄土窑洞是西北黄土高原典型的传统民居形式,合理保护黄土窑洞具有重要的政治意义和生态意义。基于ABAQUS有限元分析软件,分别建立了靠崖式黄土窑洞的平面模型和三维模型,并通过强度折减法对既有窑洞的安全性进行分析,得出了既有窑洞的安全系数和塑性区发展规律。窑洞的平面模型分析表明:其仅能发生洞室的失稳破坏,塑性区自窑腿根部呈"U"型向上扩展,经综合判断其安全系数为2. 40;三维窑洞模型分析表明:其可能出现洞室失稳和边坡失稳两种破坏情况,因窑洞模型的跨高比较小,窑洞在因拱券坍塌而失稳破坏前即因边坡失稳而破坏,塑性区仍起源自窑腿根部,但其后沿纵向从坡脚向坡顶发展,经综合判断其安全系数为2. 00。窑洞的安全系数取决于洞室安全系数和所在边坡安全系数的较小值。以有限元数值分析的收敛性作为判定结构失稳的依据得到的安全系数较大;而通过塑性区贯通和关键结点位移突变得到的安全系数则更为合理且具有较高的一致性。建议在黄土窑洞稳定性分析中,综合采用潜在滑动面塑性区贯通和关键结点位移突变作为失稳判据。     

基于强度折减法的地铁车站交叉段稳定性分析

基于有限元强度折减原理,分别以特征点位移突变、等效塑形应变贯通和计算收敛等方法作为地铁车站隧道交叉段整体稳定性分析的失稳破坏判据,进行整体安全系数计算,通过实例分析,提出适合地铁车站隧道交叉段整体稳定性分析的强度折减判据。研究结果表明:有限元强度折减法可以定量地得出地铁车站隧道交叉段的整体安全系数;收敛判据计算得出的安全系数明显大于其他两种判据的结果,单独使用任何一种判据都不能真实地确定安全系数;采用特征点位移突变与等效塑形应变贯通两者相结合的综合判据可以较好的得到地铁车站隧道交叉段的整体安全系数。     

基于塑性区开展的边坡失稳判据研究

边坡塑性区贯通后,不同的贯通程度会得出不同的安全系数。为了克服该判别标准存在的人为随意性,以某经典边坡稳定分析算例,采用ABAQUS有限元分析软件,计算出塑性区贯通判据下的安全系数,与计算不收敛判据和特征点位移发生拐点判据得出的安全系数对比,归纳出边坡失稳时等效塑性应变达到的数量级。计算结果表明:当计算过快的发生不收敛,塑性区尚未贯通,计算不收敛判据下安全系数偏小;本文提出根据等效塑性应变量级指标来判决贯通时刻:最大塑性应变为2×10~(-4)~5×10~(-4),最小塑性应变为5×10~(-5)~10×10~(-5),当塑性应变达到量级,表征塑性区贯通,得出的安全系数较其他失稳判据更合理。     

强震作用下大跨度拱形立体桁架结构动力失效机理研究

大跨度拱形立体桁架结构在强震下发生的失效模式有动力失稳破坏和动力强度破坏,依据已有的B-R动力失稳判定准则和评定网壳结构动力强度破坏行为的方法,研究结构在强震作用下进入塑性杆件数目及比例,以及结构最大位移变化规律.研究表明,如果超过某一荷载时,结构进入塑性的杆件比例显著增长,则该荷载即被认为是拱形立体桁架结构的动力强度破坏临界荷载.以某拱形立体桁架为背景,选取三向El-Centro波和三向天津波作为地震输入进行弹塑性时程分析,进一步验证本文的结论,通过分析可以得出该拱形桁架在强震作用下发生动力失稳破坏.     

非均质无限地基上高拱坝的动力响应分析

地震作用下拱坝-无限地基的动力相互作用将对拱坝的地震响应产生重要影响。虽然很多学者曾经提出过各种相互作用的计算模型,但是绝大多数都是基于均质地基或有限地基假定的。利用比例边界有限元方法能够方便地模拟非均质无限域的优点,研究非均质无限地基对双曲高拱坝动力响应的影响。拱坝、地基和库水都利用比例边界有限元方法模拟,从而减少大量的计算量。在假定地基弹性模量随深度按指数变化的前提下,分析研究210 m高的大岗山双曲拱坝分别坐落在无质量地基、均质无限地基和非均质无限地基3种情况下的拱坝加速度频响曲线。通过与刚性较大的重力坝结构对比发现,无限地基的远场非均质特性对拱坝的动力响应影响较小。这是因为与重力坝不同,双曲高拱坝坝体与坝基之间的连接相对较为柔性,所以远场地基刚度变化对拱坝地震响应的影响较小。经进一步对近场地基刚度变化的分析发现,近场地基对拱坝地震响应产生一定影响。分析结果具有普遍意义,对强震区的高拱坝建设可以提供重要参考。     

拱坝基础不对称性影响研究

结合国内外一些由于两岸基础不对性造成拱坝的影响实例，基于多次的地质力学模型试验和三维有限元计算分析，就锦屏一级高拱坝地形、地质条件不对性对拱坝整体稳定的影响和加固措施的选择进行了探讨。试验和数值结果均显示：上游坝踵拉应力偏大，下游出现拉应力。坝体应力不对称；左岸变形大于右岸，并且出现斜裂缝，超载能力偏低。通过研究，建议采用垫座及锚索等加固措施，使大坝整体处于平稳状态。     

深埋巷道的选型分析

深部岩体的力学特性不同于浅部岩体的力学特性,深埋巷道的结构形式是否合理对结构的承载能力和经济效果有很大影响。运用有限元方法,对五心拱、三心拱、1/2圆拱、圆拱、1/3圆拱和1/4圆拱模型的深埋单轨和双轨巷道在不同应力情况下进行数值计算,分析巷道周围的应力场和塑性区。计算结果表明,单轨巷道宜采用1/4圆拱模型,双轨巷道宜采用1/4圆拱或三心拱模型。     

加筋高边坡的稳定分析

采用强度折减法对两个高度分别为 60 m 和 40 m 的土工格栅加筋高边坡的设计断面进行稳定分析,综合考虑塑性区贯通、特征点位移突变、计算不收敛,以及土工格栅的容许抗拉强度等确定相应的安全系数。计算表明采用不同的破坏标准,强度折减法会得到不同的安全系数;如果筋材强度始终得到保证,单纯由土材料的强度损失诱发边坡失稳,这种情况对应的安全系数是比较高的。考虑筋材强度,边坡会在较小的折减系数下因为筋材强度不足而失稳。有限元法能够得到不同情况下各层筋材的受力情况,可以据此进行加筋力的分配,这是极限平衡法所不具备的。     

Challenges of high dam construction to computational mechanics

The current situations and growing prospects of China’s hydro-power development and high dam construction are reviewed, giving emphasis to key issues for safety evaluation of large dams and hydro-power plants, especially those associated with application of state-of-the-art computational mechanics. These include but are not limited to: stress and stability analysis of dam foundations under external loads; earthquake behavior of dam-foundation-reservoir systems, mechanical properties of mass concrete for dams, high velocity flow and energy dissipation for high dams, scientific and technical problems of hydro-power plants and underground structures, and newly developed types of dam-Roll Compacted Concrete (RCC) dams and Concrete Face Rock-fill (CFR) dams. Some examples demonstrating successful utilizations of computational mechanics in high dam engineering are given, including seismic nonlinear analysis for arch dam foundations, nonlinear fracture analysis of arch dams under reservoir loads, and failure analysis of arch dam-foundations. To make more use of the computational mechanics in high dam engineering, it is pointed out that much research including different computational methods, numerical models and solution schemes, and verifications through experimental tests and filed measurements is necessary in the future. Selected from Computational Mechanics, Proceedings of the Sixth World Congress on Computational Mechanics in Conjunction with the Second Asian-Pacific Congress on Computational Mechanics, Tsinghua University Press & Springer, 2004, 154–166     

基于工程类比的小湾拱坝安全评价

 将工程类比法推广到拱坝极限承载力的研究,对于小湾拱坝等超高拱坝,由于其条件复杂,工程规模巨大,简单按照规范设计是不够的,应该以已建工程为对比对象,通过类比研究确定合理的安全标准。基于相同网格尺寸、相同材料模型以及相同计算软件,以已建工程二滩和Kolnbrein加固前后作为类比研究对象,对小湾拱坝的坝踵开裂及极限承载力进行研究。以超大规模精细有限元模型精确模拟坝体的底缝和地基的地形、断层、蚀变带加固措施以及建基面卸荷带,以全面评估地质条件对极限承载力的影响。分析结果表明：小湾拱坝极限承载能力要明显强于Kolnbrein加固前后,略逊于二滩。但正常工作条件下帷幕的安全裕度不大。     

空间支撑钢框架结构的三重非线性分析

为了探讨三维结构的高等分析方法,本文将有限单元法与梁柱法相结合,建立了空间支撑钢框架结构的三重非线性分析方法,该法综合考虑了几何、材料和连接非线性效应。文中基于非线性连续介质力学理论和考虑剪切效应的稳定插值函数建立的严格三维梁柱单元刚度矩阵,包含了轴向、剪切、双向弯曲与扭转及其各耦合效应。三维单元简化塑性区模型可模拟塑性扩展,利用单元两端抗转弹簧和考虑支撑效应的节点域剪切变形模型来模拟连接非线性。使用包括几何、材料和连接非线性的数值算例来检验本文方法和所编计算机程序的可行性、有效性与精确度。算例表明,利用本文方法,每个构件只需一个单元即可准确预测三维结构的极限荷载与失稳模态,可提高结构非线性空间性能的分析效率。