碾压混凝土浇筑层温度场计算模型研究

碾压混凝土浇筑层的初始温度和绝热温升是碾压混凝土坝设计中的常见问题之一,直接关系到温度场仿真计算的精度和计算量问题。本文考虑各碾压层混凝土浇筑时间和水化热散发时间的不同,应用Laplace变换法和叠加原理求出了多层板状结构体的一维温度场理论解答。然后以此解析解为基础,合并多个碾压层为一个浇筑层,建立了温度场等效模型,并给出了复合浇筑层的等效初始温度和等效绝热温升的计算方法。本文的方法能够较好地模拟碾压混凝土分层碾压的施工过程,便于温度场有限元计算,计算结果表明,该方法具有较高的精度。     

碾压混凝土坝变形安全监控模型研究

研究了碾压混凝土坝本体、施工层面及坝基等各部分的变形规律,采用不同的模型描述了上述各部分的本构关系,据此分析了影响碾压混凝土坝变形的主要影响因素,探讨了水压分量、温度分量以及时效分量的影响因子,并重点对不同荷载作用下的时效分量的组成进行了研究,提出了碾压混凝土坝变形安全监控模型。文末结合工程实例,分析了变形安全监控模型的建模过程,讨论了变化荷载作用下时效分量的模拟方法。     

确定碾压混凝土坝弹性常数的解析法

考虑层面影响,将碾压混凝土坝作为复合材料建立了片状模型的应变模式,利用能量变分法导出了弹性常数公式,提高了计算精度,使弹性常数的确定更加合理和方便。     

探讨碾压混凝土坝薄层单元有限元分析法

分析了碾压混凝土层面影响带厚度、物理力学参数等确定的方法，提出了薄层单元有限元法的原理和方法，探讨了该方法在分析碾压混凝土坝工作性态中的应用。实例表明，薄层单元有限元法能较有效地分析带有层面的碾压混凝土坝性能。     

严寒地区碾压混凝土坝越冬层面温控防裂研究

进行严寒地区碾压混凝土坝越冬层面温控防裂研究,为越冬层面温控防裂设计提供理论依据。针对严寒地区某碾压混凝土重力坝,考虑碾压混凝土热力学参数随龄期的变化、碾压混凝土浇筑进度对温度应力的影响,对碾压混凝土重力坝施工期和运行期全过程进行三维有限元仿真计算分析,着重分析越冬层面应力分布特征。结果表明:约束区和非约束区的越冬层面温度应力分布特征相似,但约束区越冬层面温度应力较大;未采取温控措施时,越冬层面上、下游侧铅直方向温度应力较大,致使越冬层面上、下游侧易出现水平裂缝;越冬层面中部顺水流方向温度应力也较大,因此中部易出现沿坝轴线方向裂缝。提出了采取表面保温、升温水管、微膨胀混凝土、设置水平人工短缝四种措施改善越冬层面的温度应力。采用表面保温和微膨胀混凝土可有效减小越冬层面上、下游侧和中部各个方向的温度应力;采用升温水管和设置水平人工短缝可有效减小越冬层面上、下游侧铅直方向应力。     

碾压混凝土坝防渗层及渗控结构优化分析

针对碾压混凝土重力坝的渗漏问题,以某实际的高碾压混凝土重力坝防渗结构为研究对象,实现了基于伽辽金法的渗控结构渗流数值模拟分析,以“变态混凝土-二级配碾压混凝土”为主要防渗材料,对采用不同厚度的上游防渗材料、不同布置方式的碾压混凝土坝渗控结构进行了计算和对比分析。结果表明:不同上游防渗材料的厚度变化对坝体渗流量影响不同,二级配碾压混凝土的厚度对坝体渗流量的影响是近似线性的,而变态混凝土的厚度对其影响则是非线性的;渗控结构的布置对坝体渗流场的宏观特性起决定性作用,排水孔幕能降低约80%的坝体渗流量和约60%的渗水溢出高程;坝体渗控结构的布置方式对坝基渗流无影响。在规范许可和条件允许的前提下,建议采用厚度为5m以上的二级配碾压混凝土厚度、不超过0.8m的上游变态混凝土和0.5m左右的下游变态混凝土,并在阻渗结构后加密布置排水孔幕以增大坝体局部垂向渗透性,这样既能保证施工质量,也能取得不错的防渗效果。     

碾压混凝土层面的剪切断裂分析

提出把碾压混凝土直剪试验与有限元计算相结合的剪切断裂模型，这种模型考虑碾压层面上非均匀分布应力与包含应力－位移软化阶段效应，由此确定的抗剪断强度参数较传统试验值提高约３０％，更为符合实际情况。     

考虑非稳定蠕变及温度效应的碾压混凝土有限元分析

本文将混凝土的瞬态热传导和徐变过程与内时损伤本构模型相结合，给出碾压混凝土考虑非稳定蠕变及温度影响下损伤破坏的非线性有限元计算格式，并编制出相应的分析程序，最后以实例进行了分析计算。     

考虑非稳定蠕变及温度效应的碾压混凝有限元分析

本文将混凝土的瞬态热传导和徐变过程与内时损伤本构模型相结合、给出碾压混凝土考虑非稳定蠕变及温度影响下损伤破坏的非线性有限元计算格式，并编制出相应的分析程序，最后以实例进行了分析计算。     

三种本构沥青凝土心墙土石坝特性

针对土石坝静力分析中常见的三种本构模型,即Duncan E-μ、Duncan E-B和双屈服面模型是.以沥青混凝土心墙土石坝为研究对象,建立了心墙坝的三维有限元模型,并考虑了沥青混凝土心墙和过渡料、混凝土基础间的接触关系,采用接触单元模拟相互间的变形和应力协调,对心墙和坝体的变形和应力应变特性进行了分析对比.分析结果表明对于坝体应力,三种模型计算结果无论是极值还是分布都比较一致.对坝体和心墙变形,三种模型的沉降量分布是一致的,但DuncanE-μ和E-B模型求得的最大沉降量更接近实际观测值;在心墙应力分析中,双屈服模型的计算结果比较均匀合理.     

考虑混凝土应变率变化的高拱坝非线性动力响应研究

提出一种新的应变率相关的混凝土非线性弹塑性损伤模型。采用此模型对混凝土拱坝的非线性地震响应作了分析。在综合考虑坝-地基-库水动力相互作用和坝缝非线性接触的基础上，着重研究了混凝土应交率相关效应及加载历史对混凝土极限强度等重要参数及拱坝响应的影响，并与采用不考虑应交率影响的混凝土损伤模型计算结果进行了对比分析。结果表明，拱坝考虑横缝作用后的坝面应变率分布不同于整体拱坝。应交率分布形态不仅可以很好地表征拱坝的振动形态，而且对于高拱坝的动力响应的影响也不可忽略。     

三种本构沥青混凝土心墙土石坝特性

针对土石坝静力分析中常见的三种本构模型,即Duncan E-μ、Duncan E-B和双屈服面模型是。以沥青混凝土心墙土石坝为研究对象,建立了心墙坝的三维有限元模型,并考虑了沥青混凝土心墙和过渡料、混凝土基础间的接触关系,采用接触单元模拟相互间的变形和应力协调,对心墙和坝体的变形和应力应变特性进行了分析对比。分析结果表明对于坝体应力,三种模型计算结果无论是极值还是分布都比较一致。对坝体和心墙变形,三种模型的沉降量分布是一致的,但Duncan E-μ和E-B模型求得的最大沉降量更接近实际观测值;在心墙应力分析中,双屈服模型的计算结果比较均匀合理。     

混凝土圆形骨料周边应力集中系数的解析法1）

由于骨料与砂浆材料力学特性的不同,混凝土内部存在应力集中现象.又由于混凝土内部骨料众多且分布复杂,采用细观力学方法分析混凝土各处应力会遇到计算量大、划分单元困难的难题.因此,针对二维模型推导出了计算混凝土圆形单骨料周边应力集中系数的解析解.根据此解析解,应用叠加方法可通过均匀介质模型近似计算非均匀的混凝土各处应力,使计算模型非常简单.通过对单骨料和四骨料模型进行计算,并与有限元计算结果比较证明本文所给解析方法能够满足精度要求.     

混凝土圆形骨料周边应力集中系数的解析法

由于骨料与砂浆材料力学特性的不同,混凝土内部存在应力集中现象.又由于混凝土内部骨料众多且分布复杂,采用细观力学方法分析混凝土各处应力会遇到计算量大、划分单元困难的难题.因此,针对二维模型推导出了计算混凝土圆形单骨料周边应力集中系数的解析解.根据此解析解,应用叠加方法可通过均匀介质模型近似计算非均匀的混凝土各处应力,使计算模型非常简单.通过对单骨料和四骨料模型进行计算,并与有限元计算结果比较证明本文所给解析方法能够满足精度要求.     

改进的坝肩动力稳定分析方法研究

基于动接触降强算法,以结构面上接触点对全部屈服破坏即接触点对控制面积全部屈服作为失稳判据,提出了一种改进的坝肩动力稳定分析方法。通过对遭受实际地震的某碾压混凝土拱坝坝肩稳定动力分析,结果表明:利用改进的坝肩动力稳定分析方法,左岸坝肩岩体稳定安全系数为2.4,右岸坝肩岩体稳定安全系数为3.0;利用拟静力法,左岸为2.116,右岸为2.945;与拟静力法相比,改进的坝肩稳定分析方法考虑了坝肩岩体结构面的非线性特性,反映了结构面上非线性特性引起的拱端推力的变化,所以本文方法计算得到的坝肩稳定安全系数是较为合理的,能够较为真实地反映拱坝的抗震工作性态。     

削弱度和诱导片数量对碾压混凝土诱导缝等效强度影响研究

碾压混凝土拱坝通常采用预设诱导缝的形式缓解坝体内部的热拉应力,因此为保证坝体的安全和稳定,诱导缝的合理布设尤为重要。本文通过对9种不同诱导片布置形式的碾压混凝土双向间隔诱导缝试件进行轴向拉伸试验,并结合仿真模拟结果验证试验建立的双向间隔非穿透型诱导缝等效强度模型的正确性和可靠性,研究削弱度和诱导片数量对碾压混凝土诱导缝等效强度的影响。结果表明:碾压混凝土诱导缝等效强度随着削弱度的增大而减小,且两者为负相关线性变化,当诱导片为1片、2片、3片时,相关系数依次为-1.1446、-1.1084、-1.0973;诱导缝等效强度值随诱导片数量增加而逐渐降低,两者呈对数相关关系变化,诱导片由1片增加至2片、3片的过程中,相关系数依次为-0.246、-0.236、-0.238;诱导缝断裂时与自然裂缝变化规律相似,过程均为起裂-稳定扩展-失稳扩展。本文研究成果可为碾压混凝土坝诱导缝的布设提供参考依据。     

混凝土受拉性能多尺度均匀化数值模拟研究

为研究混凝土的细观结构对其受拉性能的影响,本文首先采用蒙特卡罗方法生成了多组混凝土随机骨料模型;然后划分有限元网格并映射到所建立的混凝土随机骨料数值模型上,采用复合材料均匀化方法建立了混凝土多尺度均匀化数值模型。考虑骨料随机分布和骨料形状,通过数值分析得到了在单轴拉伸情况下混凝土损伤分布特性及宏观应力-应变关系,在考虑随机性与非均质性的同时得到了较为理想的结果。运用多尺度均匀化的建模方法不仅能反应混凝土细观结构的影响,而且等效化模型的模拟计算时间大大减少,节约计算资源,提高了计算效率,具有优越性。     

不同孔隙率的碾压混凝土力学性能试验研究

混凝土的破坏受其内部缺陷影响,为了研究孔隙含量对碾压混凝土力学性能的影响,探讨碾压混凝土的力学性能和尺寸效应随孔隙率的变化规律,采用预制孔隙法模拟碾压混凝土中的孔隙开展力学性能试验,分析3种尺寸C20碾压混凝土试件在4种不同孔隙率情况下的抗压强度和劈拉强度的变化情况。结果表明：同一尺寸下,C20碾压混凝土的抗压强度和劈拉强度随着孔隙率增加逐渐降低,碾压混凝土孔隙含量增加对其强度产生了负面影响;碾压混凝土拥有明显的尺寸效应,孔隙率越大,碾压混凝土强度的尺寸效应越显著。     

基于降阶均匀化理论的混凝土双尺度力学性能分析

混凝土材料细观特性对宏观力学性能有着重要影响。为进一步分析混凝土细观特性对宏观力学行为的影响规律,将混凝土材料简化为由骨料、砂浆和界面三相组成,编制了随机凸多面体骨料生成、投放和网格剖分算法,建立可用于有限元计算的满足级配要求的随机细观模型。针对直接使用细观力学模型计算量较大的问题,采用降阶均匀化理论,对混凝土细观胞元模型进行预处理并编制了相应的双尺度计算程序。对不同强度混凝土进行了单轴静态压缩双尺度计算,与实验数据和细观力学模拟结果符合较好。研究表明,降阶均匀化理论在加快求解速度的同时具有较高的精度,可以用于混凝土的多尺度力学性能分析。     

基于广义子空间溯踪和强震观测的混凝土坝时变模态参数识别方法研究

混凝土坝在地震过程中可能会出现时变特性。本文将地震激励下结构的时变模态识别问题表述为一个子空间溯踪问题,提出了采用广义子空间溯踪算法结合递归随机子空间识别方法来进行混凝土坝时变模态识别;结合数值算例,验证了该方法的识别精度、鲁棒性和计算效率;最后基于某混凝土重力坝的强震观测数据,采用本文提出的GYAST-RSSI时变模态识别方法,追踪地震中混凝土坝模态参数变化,分析混凝土坝在地震中的时变特征。结果表明,该方法对频率、振型的识别精度较好,且方法鲁棒性强,计算效率高。