机组振动下电站厂房共振校核和动力响应分析

以某水电站为例,建立混凝土重力坝厂房坝段三维整体分析模型,依据规范对厂房坝段进行强迫振动频率计算和共振校核,并计算了正常运行状况下机组振动所引起厂房的动力响应,得到以下结论:机组转动部分偏心引起的振动频率和水力冲击引起的振动频率对于整个厂房坝段和支承结构均不会发生共振;可能振源计算频率仅在结构个别高阶固有频率时会有共振可能;机组振动工况对结构的位移和应力影响较小,对厂房的安全运行影响不大。     

粗粒土的剪胀方程研究

本文分析了粗粒土的剪胀特性,总结了适用于粗粒土的Rowe剪胀方程和剑桥模型剪胀方程的典型改进方法,并在剑桥模型剪胀方程的基础上提出了一种新的改进方法,研究表明:张丙印等对Rowe剪胀方程的改进对粗粒土的适用性较好,且参数少,是一种较为实用的方法;剑桥模型剪胀方程的改进方法主要是在不改变其数学表达式的基础上,将临界状态应力比M换为剪胀应力比M_d,因而此类改进方法的核心是如何简单准确地确定M_d;笔者改进的剪胀方程参数简单,只需通过三轴CD试验确定,利用几种堆石料的试验结果验证了其适用性较好。     

胶凝砂砾石料弹塑性本构模型研究

为了建立合理的胶凝砂砾石料弹塑性本构模型,对胶凝掺量60 kg/m3的胶凝砂砾石料进行了三轴剪切排水与加卸载试验研究,结果可描述不同围压下的胶凝砂砾石料的应力–应变特性。基于试验数据及一些专家的研究,确定模型的弹性部分,提出了胶凝砂砾石料的剪切屈服与体积屈服方程,引入广义塑性理论,建立了适用于胶凝砂砾石料的弹塑性本构模型。模型共有9个参数,参数较少且确定简单。利用三轴剪切排水试验数据验证该模型计算结果,表明其能够较准确地反映胶凝砂砾石料应力应变关系。     

基于变形协调的黏土心墙坝岸坡比优化方法

岸坡与坝体的变形协调问题是黏土心墙坝的重要工程问题,岸坡比则是变形协调的主要影响因素。为了从变形协调的角度对岸坡比进行优化设计,以前坪水库黏土心墙土石坝为例,基于有限元计算,分析了不同岸坡比对坝体变形协调性的影响,主要结论如下：（1）以坝体的最大沉降和变形梯度作为变形指标,以应力拱效应中的应力劣化度作为应力指标,以应力水平作为强度指标,这三类指标可以统称为坝体与岸坡的变形协调评价指标;（2）以岸坡稳定可靠性指标为安全控制指标,以削坡开挖土方量作为经济性控制指标,可以分别确定岸坡比的上、下边界,作为多目标优化分析的优化区间;（3）除变形协调评价指标外,同时引入安全指标,通过各指标功效函数之间的权重组合,对目标函数求极小值,可以实现对岸坡比的多目标优化设计。以所分析的黏土心墙坝为例,基于变形协调控制的优化坡角（坡比）为58°,能同时满足坝体与岸坡的安全性、经济性和变形协调性,表明所提出的岸坡比优化方法是合理的,能为设计提供科学依据。     

基于多目标优化的黏土心墙坝变形协调分析

为了研究黏土心墙坝的变形协调性质,提出了大主应力、心墙应力水平、坝体最大沉降、心墙沉降变化率和振动密实时间这5个参数作为评价指标,并以某黏土心墙坝为例开展了三维有限元计算,结合所提出的评价指标和评价方法对坝体变形协调性质进行了具体分析,主要结论如下：（1）各评价指标与坝壳料相对密度Dr之间存在显著的函数关系,对各函数进行归一化处理可得到各指标的功效函数,设定各功效函数的权重,通过加权平均的方法得到评价最优坝壳料Dr的目标函数;（2）不考虑施工成本时,通过各单个指标所确定的最优坝壳料Dr差异较大,范围为0.49 ~ 1.0;基于多目标最优化目标函数确定的最优坝壳料Dr范围为0.78 ~ 0.81,较为合理且满足设计规范;（3）384 m高程考虑施工成本时,若采用等权重分配方案,最优坝壳料相对密度Dr为0.783,需振动历时90 s。所提出的多目标优化分析方法对坝体建造有指导意义。     

饱和煤矸石的压实特性研究

本文利用电液伺服岩石力学试验系统配合自制的压实仪 ,对饱和煤矸石的压实特性进行了试验研究。结果表明 :饱和煤矸石的应力与应变呈指数关系 ,孔隙率与应力呈三次多项式关系 ,碎胀系数与应力呈对数关系 ,变形模量与应力呈线性关系 ,并且矸石粒径的大小对上述关系均有较大影响。饱和矸石由于水的软化作用 ,与自然含水矸石产生了一定的差异。以上结论对工程实际有一定的参考价值 ,为煤矸石的工程应用提供依据     

饱和煤矸石的压实特性研究

本文利用电液伺服岩石力学试验系统配合自制的压实仪。对饱和煤矸石的压实特性进行了试验研究。结果表明：饱和煤矸石的应力与应变呈指数关系，孔隙率与应力呈三次多项式关系，碎胀系数与应力呈对数关系。变形模量与应力呈线性关系，并且矸石粒径的大小对上述关系均有较大影响。饱和矸石由于水的软化作用，与自然含水矸石产生了一定的差异。以上结论对工程实际有一定的参考价值，为煤矸石的工程应用提供依据。     

考虑颗粒破碎影响的粗粒土临界状态研究

粗粒土的临界状态是构建本构模型的重要工具,目前考虑颗粒破碎影响的粗粒土临界状态并不明确。通过大型三轴CD试验,研究了粗粒土在临界状态时的颗粒破碎规律和应力变形特性,探讨了颗粒破碎对粗粒土临界状态应力比和临界状态方程参数的影响。主要结论如下:①粗粒土的临界状态应力比M_c并不是定值,而是与围压之间呈现出非线性的关系;②初始孔隙比对于临界状态应力比M_c的影响则可以忽略;③初始级配相同,围压和初始孔隙比不同的粗粒土,其临界状态在e–(p/p_a)~ξ平面可以用同一条直线来描述,且直线的参数是与初始孔隙比和围压无关的常数。     

颗粒破碎对砂砾石料强度与变形特性的影响

砂砾石料是土石坝等工程的主要建筑材料,高应力状态下砂砾石料的颗粒破碎效应加剧,会显著影响其强度及变形特性,甚至威胁工程安全。以前坪水库筑坝砂砾石料为例,开展了不同围压、不同相对密度下三轴固结排水试验,分析了砂砾石达到临界状态之后的颗粒破碎规律与强度变形特性。研究表明,砂砾石料的级配在三轴试验前后都能用分形维数较好地描述,且分形维数与围压之间存在显著的线性关系,而与相对密度基本无关。这说明,围压是影响砂砾石料颗粒破碎程度的主要因素,相对密度的影响则可忽略。砂砾石料临界状态偏应力与围压正相关,而与相对密度无关。体积变形则受围压和相对密度的共同影响,围压越小、相对密度越大则体变的剪胀性越显著,反之则剪胀性越弱甚至无剪胀。     

不同卸荷速率下岩石强度变形特性

岩体工程的开挖本质上是岩体的卸荷过程,不同的卸荷速率会显著影响岩体的强度变形特性,开展相关研究对于岩体工程的安全稳定分析具有重要意义。针对岩石开挖卸荷中各种可能的应力路径,开展了普通三轴压缩试验以及恒主应力差卸围压、恒轴压卸围压、升轴压卸围压的3种卸荷试验,重点分析了不同卸荷速率对开挖卸荷岩体力学特性的影响规律。研究得出主要结论如下:（1）不同卸荷方案、不同卸荷速率的岩样,都具有典型的脆性破坏特征,当围压降低到一定程度时,岩样突然破坏,轴压陡降,环向应变显著增大。（2）当围压卸荷速率较高,岩样临近破坏时,变形模量随围压卸荷比的变化曲线几乎成90°直线下降,泊松比随围压卸荷比的变化曲线几乎成90°直线上升;而卸荷速率较低时,变形模量和泊松比下降/增长的趋势相对较缓。这说明围压卸荷速率越大,岩样脆性破坏特征越显著。（3）3种卸荷方案岩样在不同的卸荷速率下,破坏时的应力状态基本都位于普通三轴压缩Mogi-Coulomb强度包络线的下方,即围压卸荷时的岩样比普通三轴压缩状态的岩样更容易破坏。