环境激励下泄流结构的模态参数辨识研究

水工结构在泄流激励作用下易产生剧烈振动甚至会因振动而引起结构自身破坏,为研究坝体在泄流工作状态下的振动特性,需准确地辨识出结构的模态参数指标。为此,以三峡枢纽工程#5溢流坝段为例,在坝体泄流作用下对其进行原型振动响应信号采集,根据测出的响应时程,分别采用ERA法和HHT法对结构进行模态参数辨识,并将辨识出的频率与有限元模态计算的结果进行比较。结果表明,ERA法和HHT法均具有识别结构密频的能力,两种方法提取出的频率值与有限元仿真结果吻合很好,但HHT法在识别阶数和精度方面均优于ERA法,更能全面、准确地反映结构的动力特性。     

TBM引水隧洞组合结构联合承载特性及荷载分担率研究

为探究TBM引水隧洞在Ⅴ类围岩条件下组合结构联合承载特性影响及荷载分担率研究,基于有限元软件,依托榕江关埠引水隧洞工程,建立三维计算模型,开展管片的施工开挖及受力,对计算结果进行特性分析。结果表明：TBM隧洞施工开挖开始至结束地表的断面竖向沉降值逐渐增加,且开挖的开始和结束阶段是较为危险阶段,实际工程中应给予重视监测;组合结构联合承载中管片的竖向位移和最大压应力均小于管片单独承载,且外压工况下管片压应力最大,最大值为18.22 MPa,均满足相应的规范要求;外压控制下主要由管片承担荷载,钢圈和锚杆作为储备力分担荷载,其中管片平均承担93.06%,内张钢圈平均分担6.11%,锚杆平均分担0.84%。因此组合结构可为引水隧洞工程中管片的安全设计提供参考。     

基于粒子群和遗传算法的面板堆石坝土石方调配研究

土石方调配是大型水利工程施工中的关键环节,直接影响工程效益.为了合理调配五岳抽水蓄能电站面板堆石坝工程的挖填土石方料,通过深入分析施工过程中可能产生的各种不确定性问题,以施工总费用最低为目标,建立了满足施工进度、机械配置及上坝运输强度等要求的土石方调配模型;利用群体智能算法更适合求解复杂优化问题的特点,分别采用粒子群和...     

基于光滑粒子流体动力学方法的表中孔泄流模拟

针对表中孔泄流问题,基于光滑粒子流体动力学方法,建立了表中孔泄流冲击水垫塘模型。采用人工粘度、密度近似、镜像虚粒子控制等技术,模拟了双孔同时泄流在空中交汇碰撞、冲击下游水垫塘后产生水舌漩涡、再入水过程,同时验证了溃坝模型验证方法的合理性。结果表明,开始泄流时中孔压强为13.60 kPa,中孔水流冲击下游水垫塘时最大速度为4.57 m/s,数值模型可准确模拟出表中孔泄流过程,说明基于光滑粒子流体动力学方法的数值模拟可准确处理流体大变形问题,可为表中孔泄流分析和坝身优化设计提供参考。     

坝基混凝土直剪试验数值模拟分析

该文以坡月水库为研究对象，利用ABAQUS有限元软件对坝基混凝土与基岩胶结面开展原位直剪试验的有限元数值模拟。在验证了数值模型正确性和模拟方法可行性的基础上，对胶结面处的不同工况下的应力-应变关系、应力分布及破坏机理进行分析。结果表明：胶结面处应力分布呈两端大中间小，剪应力最大值集中在胶结面的边角处；胶结面处的损伤首先产生于加载端，并沿剪切方向逐渐发展，直至贯通整个胶结面；胶结面的抗剪能力随法向应力的增大而增强，使得胶结面完全破坏时的最大剪切应力逐渐增加。通过数值模拟与分析，可以充分揭示坝基胶结面处的断裂损伤演变规律，为大坝的建设及安全运行提供科学的理论依据。     

考虑不同库水耦合模式的拱坝振动特性分析

为探讨不同库水模型对拱坝结构动力特性的影响,结合拉西瓦工程实例,分别建立附加质量模型与流固耦合(fluid solid interaction,简称FSI)系统耦合模型进行动力特性分析,并将仿真结果与依据小波阈值-经验模态分解联合滤波的随机子空间(stochastic subspace identification,简称SSI)法辨识结果进行对比。结果表明:两种模型均可反映结构的振动特性,附加质量模型计算结果与辨识结果的频率误差为0.41%~7.55%;FSI系统耦合模型计算结果误差为0.09%~3.19%,且同阶次频率误差均比附加质量模型小,相邻阶次的频率间隔相对稳定,弥补了附加质量模型的模态缺失现象。FSI系统耦合模型在模拟阶数和精度方面都优于附加质量模型,能更全面、准确地反映坝体振动信息,可在拱坝结构动力特性分析中推广应用,亦可作为后续拱坝结构损伤诊断研究的基准有限元模型。     

强震作用下肋拱式渡槽动力响应及损伤破坏机理研究

为探究强地震作用下肋拱式渡槽结构的损伤破坏演化过程，以长岗坡渡槽为例，建立肋拱式渡槽结构三维非线性有限元模型，采用黏弹性人工边界方法来实现无限域地基的精准模拟，引入混凝土塑性损伤本构模型，开展不同地震强度作用下肋拱式渡槽结构的动力响应分析及损伤破坏模式的研究。研究结果表明：渡槽结构的动力响应随地震强度增大而增大；地震作用下，基于塑性损伤本构模型，通过模拟得到渡槽结构的峰值位移、峰值加速度响应均较线弹性本构模型模拟结果大，主要是因地震波的持续作用使结构出现塑性损伤，致使刚度退化；反之，峰值应力较线弹性模型结果小，主要是因结构出现的塑性损伤会导致结构阻尼增大，耗散能增大。渡槽整体结构损伤严重的部位为顺槽向靠近支墩位置的槽体、跨中肋柱以及支墩、肋拱、肋柱交界处，明晰了槽体、小腹拱、支墩等构件的损伤演化破坏演化过程，揭示了其主要是由结构受力不均而引发的混凝土受拉损伤破坏的损伤破坏机制。研究成果明晰了渡槽结构的抗震薄弱部位，可为类似渡槽结构的抗震设计及加固处理提供理论基础。     

基于小波奇异性与突变理论的地下厂房围岩稳定性评价

为提高地下厂房围岩稳定性判别的准确性,提出基于小波奇异性与突变理论的围岩稳定性评价方法。首先检测位移监测数据的小波奇异性,判断该测点是否存在突变点;若存在突变点再将围岩变形速率作为非线性动力模型的一系列特解,反演出非线性动力模型;最后运用突变理论,建立围岩变形速率的尖点突变模型,通过模型判别式的正负来判断围岩的稳定性。将该方法应用于泰安电站地下厂房,结果表明该水电站地下厂房围岩处于稳定状态,与数值仿真结果一致,可见该方法合理有效,可为同类工程提供参考。     

变幅循环荷载下胶凝砂砾石材料的动强度特性研究

动强度是大坝稳定安全分析的重要参数，对工程设计具有重要意义。采用大型动三轴仪，开展变幅循环加卸载试验，探究了不同围压和水泥含量对胶凝砂砾石(CSG)材料动应力—动应变关系的影响；基于摩尔—库伦强度准则，以动应变为塑性内变量，研究了CSG材料在经历塑性变形时其动强度参数的演化规律。结果表明，动粘聚力和动内摩擦角随水泥含量增大而增加；随着动应变增加，动粘聚力下降较快，动内摩擦角增加，骨料间的剪切滑移产生的摩擦力起主导作用；达到峰值动应力时，骨料间的有效受力面明显减小，动粘聚力下降平缓，动内摩擦角减小，具有一定的滞后性。动粘聚力随动应变变化的规律符合幂函数关系；动内摩擦角与动应变变化的规律符合二次函数关系。研究结果可为CSG坝的抗震设计优化提供理论参考。