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。     

土石坝料的动力特性与坝体敏感性分析

在对国内多座土石坝坝料的动力试验结果分析与整理的基础上,给出了堆石料、心墙料、坝基砂及反滤料的动剪切模量比和阻尼比与动剪应变关系的均值曲线和上下2倍均方差曲线,并以200m典型心墙堆石坝为例,采用二维有限元法分析了坝体地震动力反应的敏感性.计算结果表明,坝料模量衰减曲线取上2倍均方差、阻尼比增长曲线取下2倍均方差时坝体的地震动力反应最大,为土石坝抗震的控制方案.     

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。     

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。     

加筋土石坝坡抗震稳定的上限极限分析

基于极限分析上限定理,假定破坏面为任意滑动面,提出了一种用于评价加筋土石坝坡抗震稳定性的方法。该方法将素土和筋材的内能耗散率分开考虑,计算各滑动土条的外力功率与内能耗散率,并通过功能平衡条件,利用优化算法确定加筋土石坝的极限抗震能力,所得解物理意义明确、理论基础严格,能够很好反映加筋后土石坝处于极限状态时抗震能力的提高。通过一简单均质加筋边坡的算例分析,结果表明,该方法所得与已有研究成果有较好的一致性,且当水平条分数增加到一定数量时,解答趋于稳定,确定的任意滑动面能够很好地模拟加筋结构临界失稳时的破坏面。同时,通过对坝坡滑动体的水平条分,克服了以往竖向条分对拟静力地震荷载计算不精确的问题。应用该方法对一典型加筋心墙土石坝进行坝坡稳定分析。计算结果表明,坝坡加筋后,土石坝的抗震稳定性有了明显提高,其极限抗震能力较未加筋时提高了19%~21%,且加筋长度对土石坝的极限抗震能力有较大的影响。在实际工程中建议进行合理的计算分析以确定最佳加筋长度,对于本算例,最佳的加筋长度为30~40m。     

高土石坝坝坡抗震稳定分析的研究

利用拟静力法进行高土石坝坝坡抗震稳定分析时,地震荷载按照现行<水工建筑物抗震设计规范>(DL5073-1997)建议的土石坝地震加速度动态分布系数图示确定.但是此图示只适用于150m以下的土石坝,而目前许多土石坝的设计高度已远大于150m.与低坝相比,高坝的高阶自振周期与地震卓越周期遇合的机率增大,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.本文采用有限元法研究了高土石坝的加速度分布,提出了250m级高土石坝的地震加速度动态分布系数图示,并以此确定地震荷载,同时利用筑坝材料的非线性强度准则和土体动强度准则,对250m级高土石坝坝坡抗震稳定性作了进一步的讨论.     

引入退火机制的复合形法在边坡最小安全系数搜索中的应用

针对基本复合形法在搜索复杂边坡最小安全系数的过程中可能会陷入局部极小值的问题，在其寻优过程中第一次出现关于最坏点映射失败时，将最坏点作为模拟退火算法的初始寻优点进行一次模拟退火搜索，用寻找到的最优值替换当前复形中的最坏点，构成新的复形继续进行基本复合形法的寻优至结束，从而形成一种新的、更加优异的优化算法。通过对算例的复杂边坡最小安全系数的搜索表明，这种引入退火机制的复合形法是一种全局搜索能力很强的算法。     

筑坝堆石料变参数R-O模型与阈值应变研究

运用统计方法,给出了堆石料动剪模量比衰减及阻尼比增长的平均曲线表达式。建立了反映堆石料非线性和滞回性的变参数R-O模型,讨论了模型参数R,mtml_21-1015_bak/img_0.png11.012.0及参考剪应变的计算方法。推导了堆石料的增量耗散函数表达式,在热力学基本定律的框架下,研究了堆石料的屈服函数,讨论了其动力变形机理和第2阈值应变。对进一步认识筑坝堆石料动应力变形特性有一定意义。