基于霍克-布朗(Hoek-Brown)准则重力坝抗滑稳定分析

霍克-布朗(Hoek-Brown)强度准则因其能准确描述岩体、岩石的破坏特征而得到广泛应用。以ABAQUS为平台,利用完全隐式欧拉回映算法进行应力更新,建立相应的一致切线刚度矩阵,开发了基于Hoek-Brown强度准则的UMAT本构模型,并通过单轴压缩和拉伸数值试验验证了程序的可靠性和准则的适用性。最后,基于编制的UMAT与等效Mohr-Coulomb准则,采用超载法进行重力坝深层抗滑稳定分析。计算结果表明:等效Mohr-Coulomb准则高估了岩体抗拉强度,Hoek-Brown准则能反映岩体的非线性破坏特征,更符合坝基岩体的实际特征.     

参数对岩石边坡稳定性的影响研究

探讨了岩体本构模型之间的关系,通过材料参数的换算,实现了等效Mohr-Coulomb屈服准则在An-sys中的应用.借助有明显滑面的岩质边坡算例分析,验证了采用它来代替Mohr-Coulomb屈服准则是可行的,同时运用外角点外接圆锥Drucker-Prager屈服准则、等效Mohr-Coulomb屈服准则、极限平衡法进行计算,做了边坡稳定性及物理量随结构面参数变化的灵敏度分析、计算结果对比,得到了一些有益的结论,对有明显滑面岩质边坡稳定性分析及支护结构设计具有一定的参考价值.     

温度作用下岩石热弹塑性模型及其数值模拟

深入研究温度影响下的岩石受力、变形破坏机制及力学模型,对于保证岩石地下工程的安全和稳定具有十分重要的意义.从温度对岩石材料力学性质的影响出发,以修正Mohr-Coulomb准则为基础,建立了温度作用下的岩石热-弹塑性耦合本构模型,探讨了模拟岩石应变软化行为的方法;论述了隐式本构积分算法的主要内容,以ABAQUS软件为平台,编制了材料本构计算子程序.对三轴压缩试验进行了一系列数值模拟,其应力-应变曲线与已有实验规律表现出较好的一致性,所建立的模型能够较好地反映出岩石由于温度影响所表现的脆-塑性过渡,证明了模型的有效性.     

基于复合屈服准则的混凝土塑性损伤模型

引入拉伸损伤变量和剪切损伤变量来共同描述损伤对混凝土宏观力学性能的劣化,采用带拉断的Mohr-Coulomb准则作为塑性损伤模型的屈服准则以及非关联的Drucker-Parager塑性势函数,在热力学和连续损伤理论的框架内建立损伤准则和损伤演化方程,提出了一种改进的混凝土塑性损伤模型,并采用基于完全隐式的向后Eu-ler积分算法进行应力更新。在ABAQUS平台上,采用UMAT进行改进的塑性损伤本构模型的二次开发,并进行了单轴和多轴数值验证。计算结果表明:数值结果和理论曲线及试验成果吻合很好,验证了本构模型的合理性。     

中国与法国混凝土重力坝建基面抗滑稳定分析规范对比

从设计状况、作用分类、作用组合及极限状态验算、计算公式、分项系数取值等方面,对比分析了中国《混凝土重力坝设计规范》DL 5108-1999和法国《重力坝稳定校核准则》的重力坝建基面抗滑稳定计算方法.根据不同方法计算了重力坝标准剖面及巴基斯坦Karot水电站重力坝3个典型坝段剖面的抗滑稳定安全系数,并以相对安全率评价了不同规范的安全度水平.研究表明:中法规范均采用概率极限状态设计法,设计方法基本一致;中国规范计算的重力坝坝基面抗滑稳定性要比法国规范更保守,安全水准更高.结论可供涉外工程参考.     

基于有限元法的碾压混凝土重力坝整体抗滑稳定分析

重力坝深层抗滑稳定分析是重力坝设计中的重要内容.针对典型的重力坝设计实例,应用刚体极限平衡法和强度储备法对重力坝进行整体抗滑稳定分析,并对重力坝抗滑稳定分析方法、抗剪公式适用性、数值计算方法及其安全控制标准等方面进行讨论.结果表明,用两种分析方法计算的安全系数均能满足《混凝土重力坝设计规范》(SL 319—2005)要求,并且二者较为吻合.采用两种方法分析重力坝的稳定性,可相互补充和验证,为重力坝设计提供更加可靠的参考.     

Druker_Prager屈服准则与重力坝超载安全系数的相关分析

有限元法的计算精度与可靠性和屈服准则的适当选择直接相关.因此,在坝体稳定性数值分析中,屈服准则的选择对重力坝超载安全系数影响较大.为了研究屈服准则与重力坝超载安全系数的本质关系,进而给数值计算中屈服准则适当选择提供理论依据,运用应力解法推导了屈服准则随着罗代角的变化与重力坝超载安全系数之间的函数关系,并运用有限元法对向家坝水利工程大坝深层抗滑稳定性进行验证与研究.研究表明内切圆锥屈服准则使得超载安全系数取得极小值,坝体最容易发生塑性流动失稳,而扩展锥屈服准则下的超载安全系数最大,坝体不容易发生塑性流动失稳.     

FRP增强砖砌体墙在平面内荷载作用下有限元模型

为研究承受平面内荷载的FRP增强砖砌体墙片的力学行为,建立了分离式平面有限元模型,分别用四节点平面单元,联结单元和膜单元模拟块体,砂浆和FRP.块体材料采用增量弹塑性本构模型以及Mises屈服准则结合最大拉应力准则,砂浆材料采用弹性本构模型以及Mohr-Coulomb屈服准则,FRP采用一维线弹性本构模型,有限元模型的求解采用增量初应力法.最后,利用两个算例对模型进行了验证,计算结果与试验结果的对比表明二者符合程度较好,说明模型是有效的.     

鲁皂水库重力坝深层抗滑稳定性分析

修建在软弱地基上的重力坝,常在其下部设置抗滑齿墙以提高其抗滑稳定性.以鲁皂水库重力坝为工程背景,根据有限元计算的结果分析了坝踵设置齿墙的重力坝深层抗滑稳定性的变化规律.结果表明:抗滑稳定安全系数随着第2滑裂面起点从坝趾向下游移动的过程中先减小后增大,最小值发生在距坝趾10~20m范围内;第1滑裂面越平缓对抗滑稳定性越不利;当第1滑裂面刚好从齿墙底部滑过时对抗滑稳定性最不利;第2滑裂面的倾角对安全系数的影响与第1滑裂面侵入齿墙的深度有关.     

Anti-sliding Stability Analysis of a Stone Masonry Overflow Dam Based on ANSYS

重力坝抗滑稳定分析的目的是核算坝体沿坝基面抗滑稳定的安全度.以陀兴水库浆砌石溢流重力坝的抗滑稳定分析为例,应用ANSYS有限单元法对该重力坝建模、施加荷载及利用后处理功能计算坝基面的抗滑稳定安全系数,并通过传统的刚体极限平衡法对结果进行验算.结果表明,同工况条件下,两种方法计算的安全系数差别不大,结论可靠,该溢流重力坝满足抗滑稳定要求.     

基于复合屈服准则的混凝土塑性损伤模型

引入拉伸损伤变量和剪切损伤变量来共同描述损伤对混凝土宏观力学性能的劣化,采用带拉断的MohrCoulomb准则作为塑性损伤模型的屈服准则以及非关联的Drucker-Parager塑性势函数,在热力学和连续损伤理论的框架内建立损伤准则和损伤演化方程,提出了一种改进的混凝土塑性损伤模型,并采用基于完全隐式的向后Euler积...     

岩石节理剪切强度研究

利用断裂力学理论分析了纯剪切应力状态和双向压应力状态作用下节理模型的断裂机制。在已有的数值模拟和实验基础上,通过引入分形维数,推导了粗糙节理的摩尔-库仑剪切强度的改进公式。该公式的分析结果显示,节理尺度相对于岩体尺寸越大,节理的抗剪强度就越低,并且节理的抗剪切强度与分形维数的关系是一种非线性增长关系。     

修正的抗剪强度参数可靠度分析方法

在抗剪强度参数可靠度分析中,针对摩尔库仑强度准则方程表现出的非线性,给出了修正的可靠度分析方法.首次选取泰勒级数的部分二次项,用一个距原点最近点处拟合的超低维曲面近似极限状态面.推导了修正的可靠度计算公式,较原有的可靠分析方法(JC法),计算精度得到进一步的提高.     

堤坝劈裂灌浆造孔间距改变的灌浆效果评价

堤坝劈裂灌浆技术是改善堤坝工程内在质量的一项重要技术措施,然而目前对该技术浆液在坝体内的渗透固结机理尚不明确,无法对灌浆后坝体的防渗效果进行有效地评价。为此,假定施工工艺其他条件不变的情况下,针对灌浆孔间距布设与劈裂灌浆防渗实际效果之间的相互作用规律,基于大型有限元数值计算方法,采用Mohr—CoulombHardening本构模型,通过布设不同间距灌浆孔的流固耦合计算,研究了堤坝劈裂灌浆过程中浆液所产生的孔隙水压力、堤坝应力应变等分布规律,揭示了堤坝劈裂灌浆浆液在土体内渗流固结机理,探讨了其对坝体稳定性的影响,评价了灌浆效果。     

紧水滩拱坝裂缝稳定性分析

为研究紧水滩拱坝已监测出的主要坝面裂缝的存在或发展对拱坝正常运行的影响,进行了裂缝稳定性数值计算,其中坝体混凝土采用理想弹塑性本构关系和Mohr-Coulomb屈服准则,含裂缝的部分区域采用子模型技术,裂缝内采用动态接触状态的分析模型.分析结果表明:已有裂缝对拱坝整体工作性态无影响,裂缝的稳定性与其位置和缝面水压作用形式有关.验证了4种工况下裂缝的稳定性,提出应对其中的3处裂缝采取防渗止水措施防止其继续发展.     

夹层坝基应力和稳定问题的平面非线性有限元分析

本文用平面非线性有限元法分析有软弱夹层的复杂岩基上混凝土坝坝体和坝基的应力和稳定问题,并编写有相应的计算程序。块体采用四结点等参数单元,软弱结构面则采用古德曼节理单元,并引入三结点的节理单元以模拟软弱结构面的尖灭端点。用初应力法作非线性迭代运算。剪切破坏判别采用莫尔—库仓准则。可以计算均质及复杂岩基上坝体、坝基的应力和位移以及破坏区的范围;还可模拟超载加荷,分析坝基的抗滑稳定性;同样可用于地下洞室围岩应力、位移和稳定的计算。     

韧性断裂准则参数标定及其在DP590中的应用

为研究DP590高强钢板材的韧性断裂力学性能,以DF2012韧性断裂准则为理论基础,设计6种包含不同应力状态的拉伸试样来获取材料的塑性流动和断裂参数,采用一种实验-模拟混合方法标定韧性断裂准则的参数.准确地描述材料发生断裂前的塑性行为是韧性断裂准则参数标定的关键,以新提出的各向异性Drucker屈服准则和一种修正的Voce硬化准则表征DP590的塑性行为,使用Fortran语言将该本构模型编译为VUMAT子程序嵌入ABAQUS仿真软件中进行试样的拉伸模拟.实验和模拟对比表明,所构建的本构模型可以准确地预测不同试样沿着轧制方向各个角度的力程曲线.在拉伸实验和标定的本构模型基础上,标定DF2012韧性断裂准则的参数并构建DP590在应力三轴度和断裂应变二维空间中的断裂轨迹.与3种经典的韧性断裂准则Cockcroft-Latham、Clift和Rice-Tracey进行比较,使用Fortran语言将DF2012韧性断裂准则和本构模型一起嵌入ABAQUS仿真软件对不同试样的断裂进行模拟,结果表明:基于实验-模拟混合法标定的DF2012韧性断裂准则能够合理地构建DP590的断裂轨迹曲线和准确地预测不同应力状态下拉伸试样断裂的发生.     

高铁弹塑性地基振动与变形的2.5维有限元算法

针对高铁运行引起的地基振动和塑性变形问题,提出高铁荷载作用下弹塑性地基振动与变形的2.5维有限元算法。将高铁运行诱发的地基变形视为材料非线性问题,采用改进的摩尔-库伦模型模拟地基土,基于弹性地基2.5维有限元法,将通过弹性理论计算得到的位移作为试探位移,经摩尔-库伦屈服准则判定屈服后,引入切线刚度迭代法、后向欧拉积分算法和一致切线模量算法实现刚度矩阵的更新迭代,从而求解出高铁运行引起的塑性变形。在此基础上,将轨道视为Eular梁,采用修正的多频列车荷载模拟高铁列车运行,并使用黏弹性人工边界处理截断边界,建立高铁弹塑性地基振动与变形的2.5维有限元验证模型。通过与移动点荷载弹性半空间解析解和地面振动实测结果进行对比,验证本文弹塑性地基2.5维有限元法理论的正确性及模型应用的可靠性,表明该方法可用于高效求解高铁运行引起的地面振动及累积变形问题。     

变形场和渗流场耦合作用下的尾矿坝静力稳定性分析

对尾矿坝稳定性分析中的几种方法进行了对比,建立了能考虑塑性变形、温度、饱和度和孔隙比等对材料特性影响、土?水特性曲线并采用扩展的Mohr-Coulomb屈服准则、以屈服接近度为安全指标的尾矿坝流固耦合有限元分析模型,对龙都尾矿坝干滩面为100 m和初期坝堵塞两种工况下的饱和-非饱和渗透场和变形场的耦合响应特性进行了模拟,获得坝体变形、浸润线等重要指标,以及考虑各种影响因素的屈服接近度分布,据此可直观全面地了解不同工况下坝体安全的全场信息,对尾矿坝的稳定性分析评价以及加固与维护决策具有一定的参考价值。     

Hoek-Brown破坏准则求解圆形硐室塑性区半径与修正的芬纳公式比较

目的 为定量确定围岩塑性区半径和给支护锚杆的深度设计提供科学依据.方法 以Hoek-Brown破坏准则为极限平衡条件,推求侧压力系数为1.0时圆形硐室理想弹塑性围岩的弹塑性应力和塑性区半径,运用Mohr-Coulomb准则直线拟合Hoek-Brown准则曲线和面积差补方法 ,求取等效的岩体Mohr-Coulomb强度参数后,建立相对塑性区半径随支护力和地质强度指标变化的二元非线性回归数学模型,并与源自于Mohr-Coulomb强度准则为屈服条件的修正的芬纳公式进行比较研究.结果 支护力每增加1.0 MPa,就可确保地质强度指标降低10～20的岩体中不会出现塑性区.在支护力较小和岩体质量较差情况下,采用Hoek-Brown破坏准则推导得出的塑性区半径和修正的芬纳公式计算得出的塑性区半径差别稍大.相对塑性区半径与地质强度指标都呈负乘幂函数关系,随着支护力的增大,塑性区半径随着岩体质量等级的升高而下降的趋势逐渐变缓.建立的相对塑性区半径随地质强度指标和支护力变化的二元非线性回归数学模型简明,使支护力连续变化,提高了工程实用性.结论 在岩体质量较差情况下,锚杆深度取1.8～3.0倍硐半径为宜.