广义位势理论本构模型的开发和验证

广义位势理论从数学原理出发,将主空间的应力应变关系转换成六维空间的应力应变关系,从而建立岩土材料的本构模型,具有明确的数学依据和更少的物理假设。然而,将广义位势理论的本构模型开发到大型数值分析软件,并在六维应力应变空间中进行数值计算和验证的工作尚不多。为此,介绍了广义位势理论的多重势面模型和二重势面模型,详细分析了2种模型用于数值计算的弹塑性矩阵,并以2个二重势面模型(不考虑剪胀性的类剑桥模型和考虑剪胀性的类剑桥模型)为例,在数值分析软件FLAC3D中实现2个模型的开发。将开发的本构模型在FLAC3D的六维应力应变空间中进行计算分析,通过对比数值计算结果和室内三轴试验成果,说明了广义位势理论的本构模型在六维应力应变空间的计算精度是较高的,从而验证了理论模型的科学性和开发软件的正确性。     

剪缩型土的剪胀性大数据特征与计算模型

剪胀性是岩土材料区别于其他材料的重要特征,其基本力学特性目前尚未研究透彻,由此导致相关本构模型无法充分反映岩土材料的变形机制。本文提出了一种并行化的LM优化回归算法,该算法解决了剪缩型土的大规模剪胀性数据回归分析时的全局优化性差、收敛性慢、计算效率低的问题。利用该算法建立了剪胀率与其各影响因素之间的相关性函数。根据剪缩型土的剪胀性大数据特征和基本力学特性,考虑了剪胀率主要影响因素和附加影响因素的综合作用,构造了可以反映剪缩型土剪胀性共同规律的计算模型。该模型和剪缩型土所有实验数据的剪胀率拟合度高达0.938,明显优于剑桥模型和修正剑桥模型下的剪胀模型,而且本模型能够较好地反映不同剪缩型应力路径下剪缩型土的剪胀性。     

湿陷性黄土的结构性参数本构模型

本文通过黄土的三轴剪切试验，基于综合结构势的概念，建立了一个能够反映湿陷性黄土含水状态、应力状态和应变状态影响的结构性参数数学表达式。将结构性参数引入剪应力剪应变关系分析中，得到了考虑黄土结构性的应力应变关系。试验揭示了湿陷性黄土具有剪缩剪胀性，表明应力比与剪缩剪胀应变比之间具有良好的线性关系；固结围压越大，剪缩剪胀临界点的应力比越大，含水率越大，剪缩剪胀临界点的应力比越小。最终，建立了反映黄土结构性变化、应力应变软化与硬化、剪缩剪胀变形特性的本构模型。通过本构关系描述湿陷性黄土的应力应变发展过程，得到了与试验结果一致的变化曲线。     

基于广义塑性模型的高面板堆石坝应力变形数值模拟

基于大型静力三轴压缩试验、等向压缩和卸载试验,构造了简捷的塑性模量表达式,建立了适用于堆石料的广义塑性本构模型。堆石料的本构模型模拟和三轴压缩试验的对比结果表明:广义塑性模型不仅能反映堆石料在低围压下的剪胀性和高围压下的剪缩性,而且能反映堆石料因颗粒破碎而引起峰值应力比和剪胀应力比的非线性变化特性。此外,有限元静力计算结果表明,坝体水平位移和沉降特性均符合高面板堆石坝的一般变形规律,量值在合理范围内。     

水布垭面板堆石坝填料应力应变关系试验研究

介绍了水布垭面板堆石坝填料的应力应变关系研究成果,着重分析了粗粒料的剪胀性,给出了水布垭堆石坝填料不同本构模型的模型参数。     

大型压缩试验在堆石坝应力变形分析中的应用

在大坝堆石料大型三轴压缩试验中，剪胀变形在总的体积变形中占有相当大的比例，由其试验结果所确定的模型体变参数通常会夸大剪缩的影响。本文提出了用大型侧限压缩试验结果修正堆石料本构模型体变参数的方法，使用清华非线性解耦KG模型，以茅坪溪心墙堆石坝变形计算分析为例，介绍了大型侧限压缩试验成果在定堆石体本构模型参数过程中的应用。通过与坝体变形实测结果的对比分析，证明使用经侧限压缩试验修正后的本构模型参数，可显著提高坝体变形的计算精度。     

基于热力学的砂土统一模型

考虑剪胀对砂土内部状态的依赖，建立了统一的弹塑性本构模型以描述具有不同密度和应力水平的砂的变形特性。从热力学基本理论出发，根据能量耗散函数构造模型，建立初始状态参数与旋转硬化规律之间的关系，把状态变量间接引入剪胀函数。这种模型既考虑了剪胀与材料状态的联系，又由模型的热力学基础保证了屈服面和剪胀函数的协调。在给定模型参数和旋转硬化规律的条件下，模拟计算了排水和不排水三轴试验的结果，说明本文统一模型能够模拟松砂和密砂变形的一般规律。通过拟合Toyoura砂的部分三轴试验数据，确定模型参数；根据拟合获得的参数，计算了一组三轴试验曲线，计算结果与试验数据基本一致，验证了模型的有效性。     

循环荷载作用下粉细砂累积变形的等效粘塑性本构模型

为了提出理论基础明确、计算方法简单有效的适用于长期交通荷载作用下粉细砂累积变形计算的本构模型及数值模拟方法，基于经典弹塑性理论框架，依据安定性基本理论，考虑砂性土材料的双屈服面及剪胀性特征，并引入Suiker（2002）模型中的塑性应变增量表达式，针对无粘性路基材料提出了预测长期累积不均匀变形的等效粘塑性本构模型。数值模拟结果表明，模型对于粉细砂长期循环累积塑性变形具有很好的模拟能力，而且计算步长可相当大，适于大数目循环加载的有限元计算。     

考虑剪胀性和应变软化的粉细砂双屈服面本构模型

针对上海粉细砂不存在唯一临界状态线的特点,对传统的砂土本构模型进行了改进,提出了一个能合理描述粉细砂剪胀性和应变软化特性的弹塑性本构模型.该模型采用双屈服面形式,可同时反映剪切变形及压缩变形机理.模型对传统修正剑桥模型中的剪胀性公式进行了改进,考虑了反映塑性体积应变由正转为负时对应的特征状态应力比与初始有效围压的相关性.为了描述应变软化特性,提出了一个利用残余状态应力比和峰值应力比的应变软化公式,可较为合理地反映粉细砂的应变软化特性.通过对上海粉细砂的多组试验结果模拟,验证了本文模型的合理性和有效性.     

胶结砂砾石料剪胀方程研究

分析了胶结砂砾石料的剪胀特性及其与围压、胶结掺量之间的关系,探讨了Rowe剪胀方程、修正剑桥模型的剪胀方程对胶结砂砾石料剪胀性的适用性,在此基础上提出一种新的胶结砂砾石料剪胀模型。研究表明：修正剑桥模型的剪胀方程不能反映胶结砂砾石料的剪胀性;Rowe剪胀方程在一定程度上能反映粗粒土的剪胀性,但高围压下在压缩阶段低估了其压缩性、而在剪胀阶段则高估了其剪胀性。提出的新剪胀方程是一种二次函数,参数简单,只需通过胶结砂砾石料三轴剪切试验即可确定,利用几种胶结砂砾石料的试验结果能很好地验证其适用性。     

地表水地下水的交互作用与耦合模拟

 传统的概念性水文模型存在不能对不同径流成分进行精确模拟和划分的局限性。而分布式水文模型基于其精确的物理基础和产流机制,充分考虑到不同径流成分的水力联系,在对流域进行土壤垂直分层和水平网格划分后可进行地表水、地下水的交互作用分析与耦合模拟。应用李兰教授开发的LL Ⅱ分布式水文模型和GIS技术,以宜昌黄柏河天福庙水库作为典型流域,根据连续日入库径流资料验证模型精度,对该流域的日入库径流过程进行地表水和地下水的连续耦合模拟与预测,取得了较好的模拟预测效果。     

基于MSC.Marc二次开发进行粘弹性问题分析

 初步探讨基于MSC.Marc的粘弹性问题分析,通过MSC.Marc软件开放式程序接口开发了任意个(n≥2)开尔文模型串联的广义开尔文模型,并通过算例说明了开发的子程序的合理性和可行性。现有文献采用应力张量表示的粘性变形有限元计算式隐含假定了球应力与应力偏量产生的粘性变形规律相同,对于复杂的工程材料而言,这种假定并不总是合适的,这在工程问题粘性分析时值得注意。     

生长连接模型在RCC施工期温度场仿真分析中的应用

在碾压混凝土（RCC）结构的施工过程中,温控分析是专家学者关注的重点之一。根据RCC薄层浇筑的特点,人们采用层合单元进行网格划分,能有效减少计算模型的节点和单元数;但层合单元模拟浇筑过程需要进行网格重组,且在薄层新浇混凝土与相邻老混凝土的连接部位,层合单元无法直接应用,这些都增加了仿真分析的难度。从有限元单元技术出发,提出的生长连接模型能有效模拟RCC结构的连续浇筑过程,并避免了网格重组,同时解决了新老混凝土单元的连接问题,在保证计算精度的同时提高了计算效率。通过对典型RCC大坝工程施工期温度场的仿真分析,验证了生长连接模型的有效性、合理性。     

从水的相关权属构想我国水资源的管理体制

从明确水资源权属的重要性出发,提出“以流域为主线,建立统一与多元化相结合的三级水资源管理体制模式”的思路与设想,为健全和完善我国水资源管理体制提供参考意见。     

基于多进制小波变换的多源遥感影像融合及其评价

在给出小波分解基本模型的基础上,采用二进制小波变换法、多进制小波变换法对SPOT全色卫星影像数据和LandsatTM多光谱数据进行了融合处理,同时对实验结果进行了分析和讨论。理论和实验表明,基于多进制小波的遥感影像数据融合具有较好的效果,并可用于广泛的研究领域。     

岩锚吊车梁结构稳定的数值计算分析

采用二次细分网格法,结合三维弹塑性非线性有限元法,计算分析了某地下厂房运行期的岩锚吊车梁。在原始地应力场的基础上,用地下厂房的整体模型计算分期开挖,得到开挖后的地应力场。用这个应力场进行插值计算,得到岩锚吊车梁模型的初始应力场。在此基础上,施加荷载进行计算,全面地分析了正常开挖、超挖、欠挖3种工况下,不同体形岩锚吊车梁的受力特征、稳定性及锚杆的受力特征,明确指出了施工中超、欠挖对吊车梁稳定的不利影响。此外还分析了吊车梁混凝土与围岩接触面的C,φ值对滑动安全系数的影响。     

三峡水库重庆库区水质预测

 采用深度平均方法提出了一种适体坐标下的k-ε二方程模型，应用正交交错网格及非正交交错网格的方法，实现了对具有大弯曲度河段和有侧向汇流河段水质污染的数值模拟。然后，应用此模型对三峡库区重庆段进行水质预测,预见三峡枢纽工程的建设给水环境所带来的影响，提出相应的应对措施；并为三峡库区水体的功能区划分提供依据。     

区域水资源模糊多目标规划模型及求解

针对区域水资源系统规划的多目标性和各目标的不精确性,建立了区域水资源系统模糊多目标线性规划模型。该模型改变了以往按确定性目标进行优化的思路,只需要给定目标值一个范围,就可以在规定的目标范围内进行优化求解。在求解过程中,建立了以各模糊目标隶属度值最大化为目标的模糊目标规划模型,采用目标隶属函数正负偏差量变量替换的方法,用线性目标规划的方法求解。经过实例验证,该模型求解比较简单,求解结果合理,与普通规划结果相比水资源模糊目标规划在规定目标的范围内取得了更好的优化结果。     

糯扎渡水电站进水口叠梁门分层取水研究

进水口分层取水是减免水电站发电下泄低温水体对下游生态环境不利影响的有效措施。结合澜沧江糯扎渡水电站进水口叠梁门分层取水的工程实例,通过水力学数值分析和水力学模型试验,叠梁闸门激流振动数值分析和模型试验等,叠梁门分层取水有效提高了下泄水体水温。糯扎渡水电站进水口叠梁门分层取水是可行和适用的,使水电站的建设与水生生态和谐发展。     

造波板运动造波的实时模拟

基于势流理论和时域高阶边界元方法,建立了完全非线性数值波浪水槽模型,通过实时模拟造波板运动来产生波浪.采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶Runga-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势,同时应用镜像格林函数消除了水槽两个侧面和底面上的积分,在水槽末端布置人工阻尼层消除反射波浪,通过加速势的方法准确计算速度势的时间导数.利用所建模型分别对规则波和不规则波进行了模拟研究,得到了稳定的波形,与试验结果、理论结果和已发表结果均吻合良好,同时计算了造波板做单一频率运动产生的非线性波浪力.