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。     

基于Kriging代理模型的迭代更新高效反演方法

为提高混凝土坝等大体积结构参数反演效率和精度,减少由于应用有限元进行大量正分析而产生的计算机时,建立了一种结合Kriging代理模型和粒子群优化(PSO)算法的迭代更新反演方法。通过拉丁超立方抽样(LHS)方法确定初始样本点的空间分布,并使用有限元正分析获取对应的响应值,构建粗糙的初始代理模型,结合具有全局寻优能力的PSO算法,反演大体积结构的分区弹性模量,随之再代入有限元模型中,计算获取新的位移响应,并将其作为新样本加入到样本集中,通过迭代更新获得局部更高精度的代理模型。工程实际算例表明,该方法对混凝土坝等大体积结构参数反演精度较高和适用性好,且能大幅减少传统有限元模型反演方法所需消耗的正分析机时,提高反演效率。     

基于数值仿真的某水电站软岩筑高混凝土面板堆石坝剖面优化设计研究

目前坝工界正在积极寻求解决软岩筑高面板堆石坝的技术方法以适应筑坝条件较差的工程.实践证明,合理的软、硬岩堆石料分区不仅有利于控制工程的投资、保护环境,同时还可以协调堆石体之间的变形,避免坝体出现不均变形.规范[1]建议将软岩堆石料用在坝轴线下游的次要堆石区,但是具体的范围由于不同软岩的力学性质而各有差异,只能借助数值分析的方法来优选确定.某水电站坝址区料源为岩性较软的绿泥石片岩,为达到充分利用该软岩的目的,论文对4种典型设计标准断面方案进行了2维有限元计算比较分析,给出了推荐方案.并就该坝址区特殊的河谷地形,对大坝作了3维有限元计算分析,指导面板功能缝的设置.     

基于模板的子结构多分辨率拓扑优化

多分辨率拓扑优化(multi-resolution topology optimization, MTOP)方法将有限元网格和密度网格解耦, 采用较粗的网格(超单元)进行有限元分析, 从而大大降低了拓扑优化过程中的结构分析成本. 但MTOP方法每次迭代都需要根据超单元内的平均密度计算有限元单刚, 不仅精度不够且在过滤半径较小的情况容易出现棋盘格现象和QR模式. 为解决相应问题, 本文将超单元视为子结构, 通过静态凝聚得到超单元刚度阵, 并进一步根据拓扑优化过程中子结构的密度分布特征组建了其模板库, 从而省去了超单元单刚的重复计算, 显著提高了MTOP方法的分析精度, 有效抑制了数值不稳定现象.      

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 阐述两种典型的计算机代数系统(CASes)------Matlab和Maple在基础 力学课程与有限元课程教学中的一些应用. CASes可以方便地将力学教学和有限元计算过程 中的模型建立、推理及其数值计算等进行演示和计算，为基础力学和有限元课程教学提供 了新的手段和途径.     

奇异元的选取对计算精度的影响——兼答谢定一同志

分区混合有限元法除用于计算应力强度因子获得成功以外,最近又有人把它用于计算弹性薄板及水坝,均得到了良好的效果,可见这一新的方法已经引起一些同志的重视。谢定一同志对奇异元提出新的看法来进行讨论,我们觉得这种讨论有益于更深入的理解和更有效的运用分区混合有限元法。下面谈谈我们对这个问题的看法。     

流体力学在我国水利工程中的一些应用

在我国的水利工程中曾遇到许多流体力学问题,本文只涉及与高坝建设及河流治理有关的一些流体力学问题.即使在这样的小范围内,限于篇幅,本文也只能回顾笔者所约略熟悉的一些工作.有些重要的工作,如有限元法的应用,流激振动和水锤分析等,都未涉及.一、与高坝建筑有关的流体力学问题 ...     

基于改进位移模式的一维有限元超收敛算法

将多尺度方法的思想与超收敛计算的解析公式结合起来,提出了改进有限元位移模式的算法。利用超收敛计算的解析公式,将高阶有限元解的位移模式用常规有限元解的位移模式表示。用常规有限元解的位移模式与高阶有限元解的位移模式之和构造新的位移模式,采用积分形式推导了单元刚度矩阵。该算法在前处理和后处理两个阶段都使用超收敛计算公式,在常规试函数的基础上,增加了高阶试函数,使得单元内平衡方程的残差减少,从而达到提高精度的目标。对于线性单元,本文结点和单元的位移、导数都达到了h4阶的超收敛精度。     

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。     

特高拱坝有限元网格尺寸与离散误差分析

与世界上200米级高度以上的特高拱坝相比,我国已建和在建的6座特高拱坝具有顶底宽度比、顶底厚度比和弧高比均大的特殊体型和齐顶总水压力大的特点.论文在推导了形状和受力均与特高拱坝相近的空心球体热-结构耦合计算公式、并进行理论解和有限元解误差对比分析的基础上,以我国某特高拱坝为例,按照拱冠梁底部厚度作为划分坝体单元尺寸指标,采用易于剖分特殊体型的普通四面体二次耦合单元,方便快捷地实践了该种单元对某特高拱坝的网格划分,探讨了不同有限元网格密度的误差和收敛情况,分析了拱坝的特殊受力状况,并提出了在普通微机上采用该种单元和强耦合方法操作计算特高拱坝力学行为时,从计算精度、方便操作和计算成本等方面均可接受的坝体单元尺寸.研究表明,只要坝体单元尺寸取为0.25倍坝底厚度左右时,除应力奇异和集中区外,其余大部分区域的计算结果误差均很小,坝体能量误差泛数小于10%,计算成本也仅是几分钟.由于我国特高拱坝的形状都较为相近,此结论具有一定的广延性.     

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面板堆石坝的三维非线性有限元分析,对并行计算提出了较高的要求. 在建模阶段挖掘出模 型内在的并行性,由相邻坝段构成子结构,既方便灵活又能满足区域分解法的要求. 编制了 适用于机群的并行多波前法计算程序,并应用于西龙池下库沥青混凝土面板堆石坝的有限元 数值分析,其计算结果和串行完全相同,通过对加速比和并行效率进行分析,结果表明采用 并行多波前法求解面板堆石坝的三维非线性有限元问题有效且算法简单,易于实现,无需辅 助的任务分配程序.     

蒲石河混凝土面板堆石坝沉降特性分析

为了研究堆石坝竣工期的垂直和水平变形特性,采用ABAQUS 软件中的单元生死方法数值模拟了堆石坝的分层浇筑过程. 建立了堆石坝变形与上游水位、环境温度和时效之间的非线性关系模型. 采用多元非线性回归分析方法,根据现场观测数据确定了堆石坝变形模型中的参数. 研究表明,堆石坝沉降变形具有较好的规律性,沉降变形预测模型预测结果与现场观测值基本一致.     

THREE-DIMENSIONAL WETTING DEFORMATION FOR CONCRETE FACED ROCKFILL DAM CONSIDERING TIME-EFFECT

针对堆石料浸水后的湿化变形并不是瞬时产生,而是一个渐进发展过程这一现象,建议将湿化变形进行时变计算. 首先采用Prandtl-Reuss 流动法则推导了湿化剪切应变分量,然后叠加湿化体积应变分量,获得三维湿化应变分量;通过分析三维湿化应变分量和单轴应力状态下的湿化应变的关系,指出有关文献推导的三维湿化应变分量计算公式不严谨;然后类比于堆石料流变变形计算公式,推导了湿化变形时变计算公式. 实例分析表明,湿化引起坝顶沉降随时间逐渐增大,变形稳定的时间与湿化变形速率呈反比关系.     

考虑时变效应的面板堆石坝三维湿化变形研究1）

针对堆石料浸水后的湿化变形并不是瞬时产生,而是一个渐进发展过程这一现象,建议将湿化变形进行时变计算。首先采用Prandtl-Reuss流动法则推导了湿化剪切应变分量,然后叠加湿化体积应变分量,获得三维湿化应变分量;通过分析三维湿化应变分量和单轴应力状态下的湿化应变的关系,指出有关文献推导的三维湿化应变分量计算公式不严谨;然后类比于堆石料流变变形计算公式,推导了湿化变形时变计算公式。实例分析表明,湿化引起坝顶沉降随时间逐渐增大,变形稳定的时间与湿化变形速率呈反比关系。     

覆盖层地基上面板堆石坝区间优化设计

用区间分析方法研究覆盖层地基上面板堆石坝的断面优化设计，根据该坝型的结构特点和工作条件，提出了合适的优化设计数学模型，探讨了区间优化的求解方法。实例计算表明，方法的收敛性好，计算量小；所得到的设计方案经济合理，安合可靠。     

The effect of concrete slab–rockfill interface behavior on the earthquake performance of a CFR dam

Earthquake response of the concrete slab is mostly depended upon its conjunction with rockfill. This study aims to reveal the effect of concrete slab–rockfill interface behavior on the earthquake performance of a concrete-faced rockfill dam considering friction contact and welded contact. Friction contact is provided by using interface elements with five numbers of shear stiffness values. 2D finite element model of Torul concrete-faced rockfill dam is used for this purpose. Linear and materially non-linear time-history analyses considering dam–reservoir interaction are performed using ANSYS. Reservoir water is modeled using fluid finite elements by the Lagrangian approach. The Drucker–Prager model is preferred for concrete slab and rockfill in non-linear analyses. Horizontal component of 1992 Erzincan earthquake with peak ground acceleration of 0.515g is used in analyses. The maximum and minimum displacements and principal stresses are shown by the height of the concrete slab and earthquake performance of the dam is investigated considering different joint conditions for empty and full reservoir cases. In addition, potential damage situations of concrete slab are evaluated.     

Water discharge over a dam

A solution is given for a problem of plane steady motion of a heavy ideal incompressible liquid which is partially bounded from below by two planes positioned at an angle of ±30° to the horizontal. The problem may be interpreted as water discharge over a dam in the form of a wedge with apex angle 120°. The so-called fixed-weir rockfill dams have a profile similar to the one considered here [1]. The flow discharge coefficient, which is very close to the experimental value, is calculated for the dam in question.     

混凝土面板堆石坝面板缝隙渗流计算模型研究

针对混凝土面板堆石坝面板接缝与面板裂缝的特点,基于等宽缝隙稳定流的运动规律,结合混凝土面板堆石坝的渗流机理,研究建立了面板接缝及面板裂缝的渗流计算模型,并用实例进行了验证。结果表明将等宽缝隙稳定流运动规律应用到面板接缝止水失效且面板产生裂缝情况下面板堆石坝的渗流分析中,可以获得较为准确的结果。且此方法计算过程简单,计算效率高,具有很大的实用性。     

室爆破法采石级配预测

引入岩体裂隙分布的统计理论，探讨了爆堆岩块的分形特性，从统计岩体力学及爆炸分形的角度建立爆炸过程并对硐室爆破进行级配分析，级配预测结果和实际工程吻合较好。     

雅砻江谷底卸荷松弛现象与深厚覆盖层特征

雅砻江河床覆盖层厚度多在30m以上,最厚可达51.6m。覆盖层横向上厚度变化较大,纵向上可明显分为3层,上、下部以正常河流相为主,厚度较薄;中部以洪积、崩积、坡积、湖泊沉积堆积与冲积混合堆积为主的加积序列,厚度相对较大。在谷底基岩面以下,岩体通常存在20m厚左右的卸荷松弛带,弱风化,具有透水性好,岩体完整性较差,工程力学性状差等特征,其潜在的工程效应是坝基渗漏。覆盖层深厚是第二层加积序列所致,谷底形成时间长,以致谷底有足够的时间卸荷松弛和风化。