梯形拱坝渐进破坏过程及极限承载能力研究

鉴于拱坝的破坏过程和极限承载能力是工程安全度的重要参考依据,以位于梯形河谷中的乌巢拱坝为例,基于Drucker-Prager屈服准则,利用强度折减法和超载法对乌巢拱坝进行了弹塑性有限元计算,并联合采用计算收敛、位移突变、塑性区贯通等安全判据,分析了在坝肩断层的影响下乌巢梯形拱坝的渐进破坏过程和极限承载能力。结果表明,对于不同的研究方法,乌巢梯形拱坝塑性区的发育规律有较大差异,但坝体的最终破坏模式相同;坝肩断层使右拱端应力和位移明显增大,对塑性区的空间发展起到限制作用。     

拱坝推力墩稳定性分析

鉴于推力墩的稳定性关乎拱坝整体安全,从抗滑和抗倾覆两方面考虑,采用刚体极限平衡法和等效应力法分析了推力墩的抗滑和抗倾覆稳定性,并以威后拱坝推力墩为例,验证了两种方法在推力墩抗滑和抗倾覆稳定性分析中的应用。结果表明,刚体极限平衡法和等效应力法相结合,能较好地分析推力墩的整体稳定性。     

高桩码头PHC管桩设计极限状态的曲率计算方法

参照美国码头工程抗震设计标准,确定了高桩码头结构正常使用极限状态、损伤控制极限状态和不倒塌极限状态对应的材料极限应变限值,应用纤维模型法对高桩码头所采用的PHC管桩进行了截面弯矩—曲率分析。根据三种设计极限状态下材料的应变限值,计算确定了PHC管桩相应的截面曲率,讨论了不同轴压比和纵向配筋率对极限状态下桩截面曲率的影响,并考虑轴压比、纵向配筋率和管桩截面直径三个因素,对截面曲率进行拟合,获得了各设计极限状态下PHC管桩截面曲率计算回归公式。算例分析表明,该拟合公式可为基于位移的高桩码头抗震设计提供参考     

极限载荷分析法的有限元模型比较

本文对某圆筒开孔接管结构的三种有限元模型进行了极限载荷分析,在相同载荷和约束的条件下计算了三种模型的极限载荷值,结果表明:忽略焊角高度的有限元模型与精确模型的极限载荷值比较吻合,壳单元与实体单元的计算结果非常接近,在采用极限载荷法进行压力防塑性垮塌破分析时,可以采用壳单元进行计算,以节省机时。     

面内弯矩下焊制管道三通的塑性极限载荷

基于极限分析的观点，推导了工业中焊制管道三通在面内弯矩工况下的极限载荷估算式，实验数据验证和与基于ASME规范及Billington经验公式的比较表明，极限载荷估算式对管道三通的塑性极限弯矩估算有较高的精度，在工程应用中具有参考价值。图6表1参10。     

拱坝坝肩稳定地质力学模型试验及孔口概化影响分析

在拱坝坝肩稳定地质力学模型试验中,坝身的泄洪孔口经缩尺后尺寸偏小,模拟困难,通常需概化模拟,以方便模型的加工制作和加载,但孔口概化对试验结果的影响需深入研究。为此,以立洲拱坝工程为例,分别开展了孔口概化后的坝肩稳定地质力学模型试验、坝身开孔与不开孔的两个三维有限元模型模拟分析,并对比分析三种方案所获得的应力分布特征、位移分布规律、塑性区分布范围和稳定安全度,探讨了孔口概化对地质力学模型试验结果的影响。结果表明,有限元开孔方案与不开孔方案坝体应力相差不超过10%,坝体位移相差不超过12%,塑性区发展过程基本一致,开孔方案的起裂、塑性区贯通和失稳略早于不开孔方案;有限元不开孔方案极限超载安全系数较地质力学模型试验方案大0.65%,有限元不开孔方案极限超载安全系数较开孔方案小15.48%。原因系拱坝坝身开孔导致拱效应降低,梁效应增强,但对坝体的位移、应力、塑性区分布影响较小。因此在研究拱坝坝肩稳定性的地质力学模型试验中,其采取的坝身孔口概化模拟方法对试验结果影响不大。     

复杂层状坝基重力坝抗震安全评价

为研究复杂层状坝基的混凝土重力坝非溢流坝段的抗震性能,采用ADINA程序建立非线性有限元分析模型,以接触单元模拟缓倾角的软弱结构面,以concrete本构模型模拟混凝土材料在地震中的开裂、压碎动态特性,以Mohr-Coulomb本构模型模拟地基岩体材料在地震中的塑性屈服特性,分析了坝体位移、应力、接触面状态及极限抗震能力,研究了非溢流坝段在不同概率等级地震作用下的地震响应与破坏模式,并对复杂层状坝基重力坝的安全性能进行整体评价。结果表明,复杂层状地基结构的重力坝在地震中层间接触面能够产生一定滑移,但对坝体的应力和极限抗震能力影响不大。     

条形浅基础极限承载力的滑移线解

  [目的]  基于极限平衡理论,提出了一种求解一般条件下条形浅基础极限承载力的精确方法。  [方法]  地基土被视为服从Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性材料,并且假定它是各向同性的、均匀的以及不可压缩或不可膨胀的理想连续介质。通过分析基础与土之间的相对运动和相互作用,将条形浅基础极限承载力问题分为两类问题。建立一个以总竖向极限承载力为目标函数的最小值模型,进而采用滑移线法求解极限承载力而无需事先对塑性区和非塑性楔作任何假定,还提出一种工程上方便实用的简化方法。此外,重点研究了基础两侧均布荷载相同的第一类问题,推导出Terzaghi极限承载力方程的适用条件以及其三个承载力系数的理论精确解,提出一个新承载力方程替代Terzaghi方程,并且通过无量纲分析提出几何力学相似原理。  [结果]  研究结果表明:当基础完全光滑时,研究得到的总竖向极限承载力与现有方法得到的结果相当吻合;然而当基础完全粗糙时,现有方法低估了极限承载力。  [结论]  经典的Prandtl机构并不是无重土地基上完全光滑基础极限承载力问题的塑性破坏机构。     

基于内时损伤的混凝土拱坝结构分析方法研究

根据混凝土拱坝筑坝材料力学特性和损伤拉压变形的不同特点,建立了应变空间内统一的本构关系和损伤演化方程,描述了混凝土在复杂应力状态下的力学性能,并以某混凝土单曲拱坝为例,分别采用自编三维有限元数值分析程序、拱梁分载法和有限元等效应力法计算了不同工况下坝体最大主应力值。结果表明,本文所建本构模型正确、有效,为混凝土拱坝结构分析提供了参考依据。     

基于ABAQUS的拱坝坝肩稳定分析

基于有限元分析软件ABAQUS,结合梅峰双曲拱坝建立三维有限元拱坝模型,研究了拱坝的失稳模式、渐进破坏发展过程及坝肩稳定安全系数,验证了由刚体极限平衡法得到的安全系数与强度折减法得到的折减系数在物理意义上具有一致性,且在允许误差内,数值具有近似性.     

基于面板数据格式的特高拱坝变形性态分区方法

特高拱坝运行中受多因素协同作用,不同高程和区域的变形规律差异较大,坝体局部单测点的变形量并不能代表大坝整体的安全性发生变化。为此,综合考虑多测点、多测次监测量的内在关联性,构建了特高拱坝变形面板系列的表征方法;基于面板数据聚类理论,建立了大坝变形相似性指标及度量方法;利用熵权法构建大坝变形区域数的确定准则,提出了特高拱坝变形分区方法及实现步骤;通过利用特高拱坝两个维度的变形监测信息,将传统的"点"分析方法转变为区域分析方法。某特高抛物线双曲拱坝实例应用表明,该方法可根据39个变形监测点确定六大类测点,每类测点可以综合描述大坝对应区域的总体变形特征,再根据测点所在的位置将大坝分为六个变形区域,有效描述了特高拱坝的实际变形规律,可弥补传统分析方法上的一些不足,为特高拱坝变形分析提供了新方法。     

高拱坝整体安全度研究

采用三维非线性有限元，以累积自重和设计水压为基本荷载，利用超载法和部分的超载、强度降低的综合法分析了某高拱坝的失稳破坏过程，得到其整体安全系数和破坏特征。结果表明，该拱坝的整体安全系数大于3.4时，超载法坝体的破坏表现为开裂区不断扩展，直至丧失承载能力，有明显的破坏过程；综合法的破坏是突发性的，在地基强度降低至一定值时，位移突变，坝体失稳。     

二滩高拱坝坝基灌浆帷幕防渗效果研究

以运行期的二滩拱坝为例,考虑高拱坝坝基存在断层及有自由面排水孔幕情况,利用三维渗流场有限元模拟法、改进排水子结构法和隐式复合材料单元法建立了高拱坝坝基渗流场有限元数值模型,模拟了灌浆帷幕和排水孔幕同时作用时的拱坝实际渗流场,再假设坝基灌浆帷幕失效模拟了该工况下的坝基渗流场,通过比较分析研究了高拱坝坝基灌浆帷幕的防渗效果。结果表明,灌浆帷幕失效后二滩高拱坝坝基渗流场依然可在排水孔幕作用下保持稳定,坝肩部位渗流场稳定性明显降低。     

拱坝—库水动力流固耦合作用的有限元数值研究

针对库水在拱坝结构动力响应分析中的重要影响,采用大型有限元分析软件ADINA验证了势流体单元模拟坝体—库水间耦合分析方法的正确性,并以西南某高拱坝为例,分析了考虑库水压缩性及库水位高度等条件下的坝体动力特性,获得了库水对拱坝动力特性的影响规律,可为拱坝抗震设计提供参考。     

混凝土拱坝裂缝光纤监测网络的优化

在多成因相互作用下,混凝土拱坝裂缝的出现具有不可避免和随机的特点。为实现对混凝土拱坝裂缝进行全方位、有效的监测,提出了基于瑞利散射优化裂缝分布式光纤监测网络,在分析正交失效混凝土模型试验结果的基础上,得出采用多组交叉平行的组合传感光路监测拱坝裂缝的可行性,并用有限元软件对某拱坝进行应力分析,寻找可能出现裂缝的关键部位和重点部位,提出了优化拱坝裂缝光纤监测网络布设图。     

拱坝有限元三次等效应力计算方法与控制标准

针对现行拱坝规范中的有限元等效应力法假设应力沿径向线性分布,与拱坝实际应力分布不符的问题,基于最小二乘法采用三次多项式拟合拱坝主要应力分量,提出了拱坝三次等效应力计算方法。对小湾拱坝进行的网格敏感性分析表明,随着计算网格的加密,三次等效应力可收敛到稳定解,据此给出计算拱坝三次等效应力的有限元模型单元剖分方案;对比分析了4座已建拱坝的三次等效应力与线性等效应力后,提出了拱坝三次等效应力控制标准。