超高坝堆石分区问题二维有限元分析

阿瓜密尔帕坝和天生桥一级水电站坝是新建的超高坝,坝高都超过150 m,建成后二座坝的混凝土面板表面都出现了结构性裂缝.针对这两座超高坝出现的问题,库克、Alberto、Pinto等专家对堆石分区提出了一些新的观点和见解.文中以自行假定的坝高227.5 m的超高坝为例,选取三种分区方案,进行了平面有限元计算,根据有限元计算结果对库克等专家提出的新的观点和见解进行了分析,得到了一些有益结论.     

镶嵌面板坝高模量区优化设计研究

堆石体变形控制与面板防裂是建设300m级超高混凝土面板堆石坝的关键难题,合理地选定坝体分区和筑坝材料是解决问题的主要措施之一。通过有限元数值仿真计算进行了镶嵌面板坝高模量区优化设计研究,探讨了高模量区对坝体及面板应力变形的影响。计算结果表明,当高模量区起始高程为最大坝高的23%,同时高度为最大坝高的38%时,计算结果较不设高模量区,坝体沉降和水平位移分别减小15.85%和11.68%,面板挠度和顺坡向压应力分别减小21.15%和20.97%。研究成果可为超高面板堆石坝的设计及建设提供理论依据。     

青海省黑泉水库混凝土面板坝的工程地质问题与工程处理措施

黑泉混凝土面板坝高 1 2 3.5 0m ,位居中国已建成的混凝土面板坝第四。坝址地形破碎 ,构造发育 ,工程地质条件复杂 ,河床第四纪砂卵砾石层存在不利于坝体稳定和变形的夹层 ,大坝设计采取了一些独具特色的结构措施 ,较好地适应了特殊的地质条件。本文重点分析了大坝的工程地质条件及相应的工程处理措施。     

软岩工程地质力学研究进展

在中国煤矿软岩工程地质力学的研究中 ,作者指出了国际岩石力学学会关于软岩定义的缺陷 ,提出了新的软岩定义和分类 ,并论述了软岩的变形力学机制、软化状态方程、软岩巷道支护理论、支护荷载的确定以及软岩工程地质力学设计方法。可以认为 ,中国软岩工程地质力学已经形成了较为完整的理论框架体系.     

基于边界约束、侧向力和体力调整的藏区地应力反演研究

针对藏区某水利工程,为准确地反演其所在区域地应力,建立了拟建坝址区的三维边坡模型,较全面地提出了8种应力施加方案,对提出的各种应力施加方案一一进行验算比较,找到各种方案中可利用的价值,最终较合理地提出了中、下坝址最佳的应力施加模型;对中、下坝址的模型进行的三维地应力反演结果与实测值进行对比,吻合性较好;利用测点所在剖面模型进行了3种应力施加方案下的二维地应力反演,将二维地应力反演结果与三维地应力反演结果进行对比,总体趋势较为一致;对自重和地应力情况进行了测点、不同深度和高度观察点、等值线的横向和纵向的对比,研究结果表明在高陡边坡、高地应力地区考虑地应力在工程实践中的影响具有很大的必要性.论文提出的地应力反演方法相比传统的地应力回归计算方法而言,具有简单适用、方便快捷、可信度高等特点,可为高地应力地区的地应力反演提供一定的参考.     

混凝土面板砂砾石坝漫顶溃坝数值模拟

通过溃坝案例的现场调查和水槽模型试验,建立了面板砂砾石坝漫顶溃坝数学模型,以模拟水流特性、砂砾石料以及混凝土面板三者之间的相互作用。该模型主要由3部分组成：(1)考虑漩涡水流和砂砾石料之间的冲蚀特性,引入RNG k-ε湍流模型模拟漩涡水流的反向侵蚀;(2)通过泥沙输移公式和流体体积法(VOF法)追踪砂粒与水流侵蚀交界面,并考虑了砂砾石料的孔隙特性;(3)基于弯矩平衡法判定混凝土面板在自重和水荷载作用下的破坏过程。通过水槽模型试验对数学模型进行验证,结果表明,建立的数学模型能够准确地模拟溃决过程中漩涡水流对大坝的反向侵蚀和面板溃口的详细演化过程;该模型计算的溃口流量、堆石体溃口的发展、溃坝历时以及面板的折断长度,与实测数据的相对误差均小于15%,验证了模型的合理性。与参数化模型相比,本研究提出的溃坝模拟数学模型具有更详细的结果。     

排水固结法加固软基变形简化计算分析

插板和砂井堆载预压是处理软基有效方法之一,现有的沉降变形计算方法大部分采用轴对称理论的解析解和以太 沙基或比奥固结理论为基础的数值解,仍较为复杂。根据软基排水固结机理,采用固结度等效原理,对渗透系数进行调整,把 砂井(插板)地基简化为均质成层地基。运用有限元对某软土路基处理工程进行简化计算,并和监测结果进行对比分析,对简 化计算方法进行验证。发现具有较好的准确性,为实际软基处理工程的沉降变形分析提供了一种简单实用的方法。     

沥青海砂作为软岩相似材料的实验研究

为了解决岩石工程相似模型实验中传统相似材料难以模拟深部软岩低强度、大变形和强流变的问题,本文选用70#沥青(产量大、成本低、粘弹性、易成型、易软化等)和海砂作为深部软岩的相似模拟材料.采用连续加压法对其进行了单轴压缩实验,对不同配比下试件的密度、抗压强度及初始弹性模量进行分析,得到了该相似材料有关的原始数据和规律.本文初步验证了使用该相似材料模拟深部软岩的可行性,并针对不足之处给出一些合理改进建议,为进一步模型模拟实验提供指导.     

软岩三维非线性统一弹粘塑性本构模型有限元分析

在作者已建立的软岩三维非线性统一弹粘塑性软化本构模型基础上,讨论了软岩三维非线性统一弹粘塑性本构模型有限元分析过程,即推导了软岩三维非线性统一弹粘塑性屈服面(破坏面)的流动矢量表达式,便于编程与通用的有限元程序接口,进行二次开发;利用张量求导的原则,导出了流动矢量对应力求导公式中关键矩阵的具体表达式,并结合平面应力、平面应变和轴对称问题的特点进行了简化,得出了适合于分析二维问题的关键矩阵的表达式;采用流动矢量奇异性的统一处理方法,有效地处理了各种角点奇异性问题;最后给出了有限元分析的流程图,便于编制有限元程序.     

钻孔岩芯饼状断裂破坏机制

本文首先阐述岩芯饼状断裂及其特征, 进而用断裂力学的理论与方法对岩饼破坏进行了断裂扩张机制的分析, 不但合理地解释了断裂特征及断裂破坏机制, 且以二滩坝址为例, 分析了产生钻孔岩饼的微裂纹条件及应力条件, 为定量地评价坝址地应力状态, 包括其大小及方向提供了一种新的方法。上述不仅具有重要的理论意义, 而且具有重要的工程实际意义。     

新型让压锚杆作用机理研究

软岩大变形工程存在因开挖卸荷导致较大的应力释放,在工程施工过程中将会产生较大变形的特点,如沿用传统的锚杆进行支护,岩体的大变形所产生的过大拉力将会造成锚杆的拉断破坏.针对软岩大变形工程存在的该类问题,介绍了一种新型的端部具有让压装置的新型压力分散型让压锚杆,并对该让压锚杆的作用机理和力学行为进行分析,得出锚固体的作用机理与传统压力分散型锚杆相比分为3个阶段,并通过试验的方式确定了该让压锚杆的让压力.这种新型让压锚杆在将锚固体压力分散的同时,实现大变形的让压,适宜在大变形工程中进行应用.     

下卧软弱岩带变形模量取值研究

软弱岩带的变形模量对于工程建设意义重大,当前变形试验方法难以表征原位条件下软弱岩带的变形模量,导致取值偏于保守。本文基于弹性力学推导了下卧软弱岩带变形模量的解析解,建立了一种新的软弱岩带变形模量的取值方法。在现场试验成果的基础上,采用有限元反演,数值模拟成果与试验计算成果较为吻合,证明该计算方法合理可行,较常规方法直接在软弱岩带上开展的试验成果大幅提高。     

深埋偏压小净距隧道施工力学特征数值模拟研究

以瑞赣高速公路峡山隧道区间为工程背景, 针对小净距双洞并行隧道的复杂 受力状态, 采用有限元法对深埋条件下的小净距段偏压隧道采用不同施工方案进行数值模拟. 对双侧壁导坑法、CD法和上下台阶法等不同的施工方法对围岩应力、围岩变形、锚喷支护体 系结构内力、拱顶位移及围岩稳定性进行对比. 分析不同方案下开挖前、后隧道围岩与支护 结构的位移、应力变化规律. 在此基础上对不同方案施工过程对隧道中间夹岩的力学行为进 行分析, 提出了隧道中间夹岩薄弱面的概念, 更加明确了该工程地质条件下隧道夹岩的薄弱 控制面. 并以此为依据指导工程施工, 在实际施工中取得了较好的效果.     

考虑锚杆作用的深埋软岩隧道黏弹塑性力学响应解析

深埋软岩隧道围岩表现出显著的塑性软化与剪胀特性,而当下的理论分析很少同时考虑这两点,导致预测结果与隧道实际变形行为存在一定误差.为解决该问题,本文基于Kelvin-Voigt流变模型和Mohr-Coulomb强度准则,考虑了塑性阶段时围岩软化与剪胀特征,并引入了掌子面空间约束效应,建立了深埋软岩隧道黏弹-塑性计算分析模...     

钢-混凝土混合框架结构多尺度分析及其建模方法

多尺度计算是保证计算精度的同时最大限度降低计算代价的有效途径,在众多学科领域和工程问题中都得到了应用.在结构有限元多尺度分析领域,要解决的一个关键问题是如何实现局部微观模型与宏观结构模型之间的共同工作.为实现精细有限元模型在植入宏观结构模型时不同尺度模型界面的变形协调,提出有限元微观模型与宏观模型的界面连接方法,给出了轴向、横向和转角的约束方程.通过编制用户子程序,使该方法在有限元软件中得以实现,并通过简单的圆柱筒算例,对界面连接的合理性进行了验证.最后基于多尺度建模方法和复杂混合结构节点的精细模型,给出了钢-混凝土混合框架结构多尺度弹塑性时程分析的应用实例,结果表明多尺度计算可较好模拟节点的复杂边界条件.本文建议的界面连接方法可有效实现不同尺度模型界面的变形协调,为工程结构进行多尺度提供了条件.     

凸轮与平底从动件的接触变形与接触刚度计算

将凸轮与平底从动件接触视为二维线性接触,基于无限大半空间模型对从动件的变形量进行了分析,利用圆柱体二维线接触变形的计算方法对凸轮接触变形进行了计算,从而得到了凸轮与平底从动件的接触变形量与接触刚度理论计算公式。利用Palmgren公式和有限元方法对计算公式进行了验证,并分析了接触刚度与凸轮曲率半径、接触力之间的关系,结果表明:接触应力、接触半宽、凸轮接触变形量的理论计算值与有限元计算结果几乎相等,凸轮与从动件的接触变形量之和的理论计算值与有限元计算值相差小于5%;凸轮与平底从动件的接触变形之和、接触刚度都与接触处凸轮的曲率半径无关,而与凸轮与平底从动件间的接触力大小有关。     

邓肯-张E-B模型参数对软土路堤沉降计算结果的影响

有限单元法是计算路堤沉降常见的数值计算方法,其土体模型参数的准确性是计算结果可靠性高的保证。邓肯-张E-B模型是岩土工程分析计算中常用的一种非线性弹性模型。本文针对模型参数敏感性进行大量非线性有限元计算,得到了各参数与路堤沉降和侧向位移之间的关系,确定了该模型中影响软基路堤沉降和侧向变形的主要参数。     

深部软岩巷道喷射钢纤维混凝土支护技术

针对深部软岩的基本特征, 提出了深部软岩巷道支护的新思路, 即改变现有的锚喷作业顺序, 并通过在素喷混凝土中掺入适量钢纤维的方法来改善混凝土的整体力学性能, 使之更好地适应软岩巷道大变形的需要。借助数值模拟, 进行了支护方案的对比分析, 并提出了合理的支护方案。     

铝面板PMI泡沫芯夹层梁弹性弯曲的二维模型

将面板PMI泡沫芯夹层梁的弯曲问题按平面应力问题研究,采用弹性理论建立了铝面板PMI泡沫芯夹层梁弯曲变形的微分方程,利用奇异函数把作用在梁上的外载荷表示为分布载荷,推导出了铝面板PMI泡沫芯夹层梁弯曲变形时的挠曲线表达式．采用该方法对面板PMI泡沫芯夹层梁弯曲挠度进行计算,将求得的计算结果与有限元法结果及实验数据进行对比,发现该方法求得的梁中点挠度更接近实验值,这说明该方法可靠的．该方法给出了铝面板PMI泡沫芯夹层梁弯曲时的挠度计算通式,而且梁中点挠度计算公式的表达形式也较为简便,可方便工程设计人员在工程实际中推广应用．     

一种带有沙漏控制的新型EAS实体壳单元

基于 Hu-Washizu 变分原理推导了一种带有沙漏控制的实体壳单元的显式有限元列式;采用面内单点积分方案,提高了计算效率;同时引入沙漏控制力,抑制了沙漏现象.基于缩减积分方案,采用 B-bar 法消除体积自锁,并通过添加七个改善拟应变参数解决了泊松自锁和剪切自锁.采用改善拟应变法消除剪切自锁,使得表达式简洁.利用这种显式实体壳单元模型对3个非线性变形的标准算例进行了计算,并与相关参考文献和有限元软件 ABAQUS 的计算结果进行了比较.结果表明:该实体壳单元具有较高的计算精度,可有效地解决板壳非线性大变形分析问题,具有很好的工程应用前景.