粗粒料湿化变形特性研究

粗粒料作为建筑材料广泛使用于大坝、路基等变形控制要求较高的基础设施建设中,其中,使用过程中的湿化变形尤为重要。通过分析粗粒料单线法湿化试验数据发现,湿化体变与湿化轴变的比值k、平均主应力p和广义剪应力q三者满足扭面关系。当k恒定时,此扭面变为p-q平面内一条经过原点的直线。利用上述发现推导出了k的计算公式,其形式为q/p的对数函数。利用该文提出的湿化体变与湿化轴变比值的计算方法和湿化轴变与湿化应力水平的双曲线关系,拟合了三轴湿化试验数据,发现该文给出的计算湿化变形的方法不仅能够体现湿化体变的湿缩现象,还能体现湿胀现象,而且模拟值与试验数据拟合度较高。     

考虑相互作用影响的堆石料动力参数反演

通过黏弹性人工边界及相关的等效结点力法实现了半无限域的地震动输入,采用多种群遗传算法和径向基神经网络构建参数反演平台,建立了考虑坝基相互作用及辐射阻尼影响的土石坝动力参数反演分析模型。多种群遗传算法优化得到坝体堆石料动力参数,可有效避免传统遗传算法的早熟问题;经过训练的径向基神经网络描述模型参数和加速度反应谱值之间的映射关系,节省参数反演的计算时间。对鲤鱼潭大坝动力参数的反演结果表明,测点加速度与实测值吻合较好。考虑相互作用的反演得到堆石料最大动剪模量系数C值最大,刚性地基模型反演结果居中,室内动三轴试验值最小,工程应用时室内试验值应予以修正。     

改进和声搜索算法及其在土坡稳定分析中的应用

土坡非圆临界滑动面的寻求是土坡稳定分析的重要步骤,它是一个多极值的优化问题。利用改进的和声搜索算法和修复策略来寻求复杂土坡的临界滑动面及其对应的安全系数,并对改进和声搜索算法与基本和声搜索算法的结果进行了比较,发现改进和声搜索算法比基本和声搜索算法能搜索到更危险的滑动面,原因在于,改进和声搜索算法在每次迭代步中产生多个新解,而基本和声搜索算法中每次迭代产生一个新解。此外,修复策略比惩罚策略更能有效地搜索解空间。结果表明,改进的和声搜索算法和修复策略可以用来进行土坡稳定分析。     

基于完全耦合理论的涉水边坡地震响应分析

基于完全耦合理论和Ｐａｓｔｏｒ－Ｚｉｅｎｋｉｅｗｉｃｚ－Ｃｈａｎ（ＰＺＣ）弹塑性模型,采用三维弹塑性动力有限元 程序ＤＹＮＥ3ＷＡＣ对涉水边坡的地震动力响应进行非线性时程动力分析。该分析方法考虑三维涉水边 坡的水土耦合作用,因此能够更加准确的描述涉水边坡的地震加速度响应、超静孔压和竖向永久变形 等。计算结果表明加速度在涉水边坡先稍微减弱而后逐渐增大,呈现出鞭梢效应,超静孔隙水压力随地 震动波动变化并逐渐累积,竖向永久位移的最大值发生在坡顶处,均满足一般规律。通过对时间水位竖 向永久变形的三维曲面分析可知,随着水位的增加,涉水边坡在地震作用下的沉降值不断增加,坡顶的 大变形极易引起边坡失稳,因此抗震设计时须对此处引起重视。     

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。     

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。     

颗粒流变破碎与堆石料流变应变计算

流变是堆石坝的主要变形，当前主要采用室内三轴流变试验加以测量，并通过拟合试验结果得到流变经验公式。但流变试验的时间长，且试验工况要覆盖坝料种类、级配与密度变化并需满足插值方法要求，实际操作困难，简化试验工况则影响插值计算精度。为此，提出一种计算堆石料流变的简化方法，设想可进行加载速率足够慢的三轴试验，使试样中凡受力大于长期强度的颗粒有时间充分破碎，得到的应力-应变-体变曲线则包含流变应变，与不含流变的常规三轴试验曲线比较，得到流变应变。算例计算表明，通过计算得到的流变应变与试验值相当，流变模型参数符合预期。     

粗粒土颗粒多点接触下的破碎准则研究

室内多采用2点加载的单颗粒破碎试验获取岩石颗粒的破碎强度，而在实际工程中颗粒大多处于多点接触受力状态，单颗粒破碎试验获得的颗粒强度是否适应多点接触破碎判别需要深入研究。以凝灰岩室内试验的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度和巴西劈裂抗拉强度作为基准标定平节理模型的细观力学参数，用标定后的参数建立岩石颗粒的平节理模型试样。首先进行单颗粒破碎试验的数值模拟，分析颗粒在2点加载下的破坏过程；随后随机挑选100个加载构型，模拟颗粒受到不同接触力数量作用下的颗粒破碎，分析多点接触下最大主应力准则、平均主应力准则、八面体剪应力准则和最大接触力准则的适用性。结果表明:岩石颗粒在单颗粒破碎试验中的破坏过程有弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、劈裂破碎阶段；当颗粒处于多点接触受力状态，最大接触力准则判断颗粒破碎仍然适用。     

地表多层框架结构地震反应分析

考虑土体－结构动力相互作用，通过有限元软件建立了一个含有三层地下室的框架结构，对其进行地震作用下的三维动力反应分析。对比研究了地震动频谱，地震动峰值加速度，结构动力特性和土体动力特性对其地震响应的影响。结果表明:结构地震反应虽然在不同工况下不尽相同，但整体符合一定规律，地下室顶底板处中柱的受力较大，呈现出剪切变形的模式；场地土体的动力特性和地震动峰值对结构地下部分地震反应影响显著；结构频率和地震动频谱特性对结构中柱地下部分地震反应影响较小，采用Ｆｏｕｒｉｅｒ谱强度平均频率匹配度可较好的反映地震动频谱特性和结构自振频率的共振效应引起的地震反应放大。     

一种新型遗传算法及其在土坡任意滑动面确定中的应用

提出了一种便于工程应用的改进模拟任意滑动面策略。针对简单遗传算法容易陷入局部最优值的缺陷，借鉴和声算法产生新解的方式来产生遗传算法中的子代个体。该策略能综合利用整个父体的信息来构建子代。将该方法用于求解两个复杂土坡的最小安全系数，所得结果与已有文献结果比较证明，新型遗传算法能搜索到更小的安全系数，可应用于土坡稳定分析。