基于非线性破坏准则的土坡稳定有限元上限分析

材料的非线性破坏准则是指材料的强度与应力相关,因此描述材料强度的前提是应力已知。现有土坡稳定的上限极限分析方法由于无法确定土坡内的应力分布而无法采用非线性强度准则。论文基于Mohr-Coulomb屈服准则和有限单元法,将边坡稳定上限极限分析形成标准二次锥规划数学模型,并转化为对偶问题的“静力形式”进行求解,从而可以确定边坡内部的应力分布,进而使用迭代的方法确定材料在非线性破坏准则下的等效剪切强度,最终得到问题的上限解。通过两个算例的计算分析,并与已有计算方法进行对比,验证了所提出方法的正确性,得到的上限解也更为严格、精确。     

土石坝坡极限抗震能力的下限有限元法

基于极限分析下限定理,假设材料严格服从Mohr-Coulomb屈服准则,同时考虑了堆石料内摩擦角较大以及抗剪强度具有非线性的特性,提出了一个用于求解土石坝坝坡极限抗震能力的有限元计算方法。该方法通过静力平衡条件、应力间断面连续条件、边界条件、屈服条件以及所求极限荷载,形成标准的二次锥规划数学模型,并用内点法进行优化迭代求解,得到土石坝坡极限抗震能力的下限值。对一条形基础地基承载力进行下限极限分析,通过与已有计算结果比较表明所提方法的具有很高的计算精度。运用所提方法对一典型心墙土石坝进行抗震极限分析,其计算结果符合土石坝坡在地震作用下的一般破坏规律,证明此方法具有很高的实用价值。     

深厚覆盖层地基上混凝土面板堆石坝的三维非线性有限元分析

本文通过对某混凝土面板堆石坝的三维非线性有限元分析,得到面板、趾板及混凝土防渗墙采用通常的连接方式,其周边缝、趾墙缝的竖剪变位会很大的结论,提出了解决较大变位缝的止水构造,以及限制周边缝、趾墙缝变位的面板、趾板、防渗墙的连接方式。     

考虑土料动力特性参数围压依赖性的高土石坝动力反应分析

堆石坝筑坝材料的动力特性参数对围压有较强的依赖性,在高坝动力响应分析中采用某一围压下的参数将导致明显的误差。本文利用非线性静力有限元法确定坝体各单元震前有效围压;然后利用各填筑土料在不同固结围压下的动力试验结果,对坝体内各土体单元按震前有效应力进行线性插值或外延得到各单元动力特性参数随应变幅的归一化曲线,最后,采用动力等价线性有限元法确定坝体的动力响应。经过多种方案计算结果的对比分析,表明综合考虑高土石坝应力分布的特点和填筑土料动力特性参数随应变幅变化规律的围压依赖性可较准确地评价高土石坝等价线性振动体系的加速度、动力特性参数的分布、永久变形等坝体动力响应及抗震性能评价指标。     

堆石料动力变形特性试验研究

采用大型静动力简单剪切仪,对某面板堆石坝灰岩堆石料进行了动剪切模量阻尼比试验和动残余变形试验。试验资料表明,堆石料的模量阻尼特性采用修正等价黏弹性模型描述可取得较好效果。考虑到在围压和动应力比较高时,残余应变与振次的关系和半对数规律偏差较大,采用幂函数描述残余应变的发展,建立了以平均主应力、固结应力比和动剪应变为自变量的残余变形计算模型。通过拟合不同堆石料的试验结果,表明该模型具有较好的适用性。     

基于蚁群算法的复合形法及其在边坡稳定分析中的应用

首先将基于排序的路径选择方法引入基本蚁群算法 ,并用之于连续变量的优化问题和边坡的最小安全系数搜索 ,结果发现对于设计变量较少的数值优化问题和简单边坡的最小安全系数搜索问题 ,该蚁群算法可以找到全局最优解或比较接近全局最优解。但对于复杂边坡的最小安全系数搜索问题 ,该蚁群算法很容易陷入局部最优。另外复合形法对于不同的初始复合形也会得到不同的最小安全系数 ,利用本文提出的基于最小海明距离的替换准则将蚁群算法得到的局部最优解替换掉初始复形中的一个顶点 ,则复合形法容易找到全局最优 ,成为一种全局搜索能力很强的优化算法。     

土的单屈服面模型及在桩土作用中的应用研究

研究了土的单屈服面模型,其屈服函数为一个光滑的封闭空间曲面,避免了屈服面上出现奇异点,以及多重屈服面模型的跟踪记忆,有限元的数值实现相对简单．当加荷应力点位于屈服面上时,其塑性模量应用连续性条件求得,否则塑性模量由屈服面上应力映射点的塑性模量和插值函数计算得到．联合等效塑性偏应变和体应变构造硬化函数．讨论了模型参数的物理意义及其确定方法．应用该模型分析了桩土相互作用系统,通过对硬黏土和软黏土P—Y曲线的计算发现,该曲线在现场试验的统计曲线之内,单桩和群桩计算结果与试验的拟合也较好．     

堆石料流变试验的颗粒破碎研究

已有的研究成果表明堆石流变与颗粒破碎有关,但流变引起的净破碎率和流变之间的关系尚不明确。通过室内大型流变试验,分析了流变引起的颗粒破碎,发现破碎率与最终流变量之间存在线性函数关系,破碎率与轴压之间存在幂函数关系;轴向流变变形与时间之间的关系可以用对数函数表示,相应的流变参数与轴压之间呈良好的线性关系。     

平均屈服加速度的Newmark滑块位移法

为了合理考虑坡底输入峰值地震动沿滑动体的弹性放大效应对滑动体屈服加速度和累计塑性滑移量的影响,采用蚁群复合形法结合常用的极限平衡分析法搜索潜在滑动体的位置,在Newmark"刚体滑块模型"基础上,采用滑动体的"平均屈服加速度"作为塑性滑移分析的屈服加速度,利用几种常用的刚体极限平衡分析法(LEM)推导诱发坡体失稳"平均屈服加速度"的解析表达式.算例分析表明,基于平均屈服加速度的Newmark滑移分析法的计算效率和计算精度均得以显著改善.