混沌和声搜索算法及其在土坡局部安全系数法中的应用

提出一种混沌和声算法来进行土坡局部安全系数法的计算.该算法利用混沌变量的随机、遍历特性在解空间内进行有效探索,同时采用基本和声算法中的和声策略对解空间进行开发,从产生的新解与原和声库内的解中选出较优秀的解重新进入和声库,这样不断迭代就构成了混沌和声搜索算法.将该新算法应用于局部安全系数法分析土坡渐进破坏的过程中,同基本和声搜索算法以及已有结果的比较证明,该算法简单易行,结果合理可靠,可以用于土坡稳定分析.     

土的动力Hardin-Drnevich模型小应变特性及其阈值应变研究

以Hardin-Drnevich模型的双曲骨架曲线为基础,采用Masing准则构造其滞回圈,形成小应变土体动力耗散函数。然后从热力学基本定律出发,分析其对应的屈服面及能量耗散特性。发现筑坝堆石类无黏性材料的动力特性存在2个阈值应变,定义为第一和第二阈值应变。两个阈值应变将土体动力特性分成3段。当土体的动应变小于第一阈值应变时,土体屈服为常摩擦系数的摩擦耗散控制;当土体动应变介于第一、第二阈值应变之间时,土体屈服为变摩擦系数的摩擦耗散控制;当土体动应变大于第二阈值应变时,土体屈服除摩擦机制外还存在剪胀等土体结构改变的效应。土体的2个阈值应变主要受最大动剪切模量系数及指数控制,无黏性土的摩擦角对其也有一定影响。两个阈值应变均随最大动剪切模量系数及指数的增大而减小。     

多维量化记忆模型及其验证

将一维量化记忆模型中的记忆点对扩展为偏平面上的记忆面,定义量化模量为当前应力点到破坏面的距离,采用一维量化记忆模型的量化函数,构筑了多维量化模量的插值方法,进而可确定滞回圈上任意点的塑性模量。编写了有限元计算程序,实现了多维应力条件下土工建筑物的动力非线性分析。通过对大三轴试样动力试验过程的模拟,发现多维量化记忆模型及其算法能够很好地模拟土的动应力应变关系。     

堆石料残余体应变对计算面板堆石坝永久变形的影响

混凝土面板堆石坝地震永久变形的预测非常重要。根据它可直接判断大坝的安全,并为抗震预留坝高提供依据。一个时期以来,同时计入堆石料残余体应变对面板坝永久变形计算有多大影响存有争议。采用饱和排水动三轴试验方法得到的动应力～残余应变关系计算坝体的永久变形,所得数值一般偏大。而风干堆石料在排气状态下的三轴试验,目前只能考虑残余剪应变。本文利用前人对不同试验方法得到的动应力～残余应变关系进行面板堆石坝地震永久变形计算做了比较,结果表明：由于坝体运用期间有部分堆石浸水,故其永久变形的计算对浸水线以上坝体采用风干料排气试验结果只考虑残余剪应变,浸水线以下坝体采用饱和料排水试验结果同时计入残余体应变和残余剪应变,比整个坝体采用饱和料排水试验结果同时计入残余体应变和残余剪应变为合适。     

面板堆石坝瞬时变形和流变变形参数的联合反演

堆石坝变形包括瞬时弹塑性变形及时间相关的流变变形,从实际的监测变形中精确区分这两种变形有一定技术难度。本文将瞬时及流变变形参数的反演问题转化为一个组合优化问题,采用智能优化算法寻找最佳的堆石变形参数。研究中,首先拟定了多种变形参数样本,采用有限元法计算坝体变形;然后采用径向基神经网络训练上述样本,建立堆石变形参数与坝体变形之间的映射关系;最后根据坝体实际变形测量值,采用多种群遗传算法优化得到坝体瞬时及流变变形参数。采用径向基神经网络替代有限元可节省计算时间,提高计算效率;而多种群遗传优化算法可避免传统遗传算法早熟问题。用反演参数再次计算得到的水布垭坝体沉降与实测值吻合较好。     

基于粒子群算法的鲤鱼潭大坝坝料动参数反演

土石料的动力模型参数是影响土石坝抗震安全分析的主要因素。土石坝动力模型参数一般是通过室内试验确定的,但受施工工艺、施工方法和施工质量的影响,其结果与坝体实际参数会存在差异。为此,提出了一种以加速度反应谱为目标函数的土石料参数反演方法,该方法依据坝体在地震中的响应信息,利用粒子群算法反演坝体的材料参数。结果表明,动剪模量衰减曲线和阻尼比增长曲线对坝体地震响应有很大影响。     

高土石坝地震动态分布系数研究

与低坝相比，高土石坝受地基刚性的约束减弱，坝体的自振周期延长。在坝体地震反应中，高阶自振周期容易与地震卓越周期迂合，高阶振型的振动易于被激发放大，从而导致坝体地震加速度沿坝高分布与低坝有所不同。现行《DL5073—1997水工建筑物抗震设计规范》对土石坝动态分布系数的规定适合于150m以下的土石坝，已不能适应高土石坝建设的发展需要。因此，利用反应谱法，研究了高土石坝地震动态分布系数，得到了随着坝高的增加，振型数目、高阶周期与地震卓越周期的迂合几率以及加速度分布的变化规律，最终给出了坝高大于150m的土石坝的切速度分布。     

基于裂缝扩展的堆石料流变细观模型

根据堆石颗粒破碎具有时间效应的特点来研究堆石料的流变性质。首先建立了基于亚临界裂缝扩展的堆石流变细观模型;其次研究流变数值试验的模拟方法,确定合理的颗粒破碎模式,根据两步循环判定法的思想计算宏观时间,并编写了相应的颗粒流程序;最后结合室内流变试验,开展单轴压缩条件下数值流变试验,拟合室内流变试验曲线,确定细观参数。计算表明：数值试验与室内试验流变曲线发展趋势基本一致;颗粒破碎模式对结果有一定的影响,越接近块体实际情况,模拟结果越好;流变的大小主要由瞬时颗粒破碎决定;流变的长期性由微裂缝扩展导致的延时颗粒破碎造成。     

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。     

室内缩尺级配堆石料力学参数的表征单元体积

为了寻找室内缩尺级配堆石料强度和变形参数的表征单元体积（REV），利用离散元方法（DEM）研究试样尺寸对玄武岩堆石料力学行为的影响.通过室内单颗粒破碎试验，分析玄武岩颗粒的破碎特性，确定DEM模拟所需的颗粒破碎强度参数.开展一系列试样尺寸、颗粒排列和围压不同的三轴压缩DEM试验.分析堆石料强度和变形参数随试样尺寸的变化规律，建议了各参数的REV.结果表明，颗粒排列和试样尺寸均会影响堆石料的力学行为.各力学参数的变异系数随着试样尺寸的增大而减小.不同力学参数的REV尺寸不同，为了提高DEM计算效率，可以根据研究对象选择合适的试样尺寸.在模拟工况下，要使所有参数均达到稳定，数值试样尺寸应不小于直径300 mm×高度600 mm.