基于突变特征的边坡双强度折减系数量化研究

边坡失稳是一个由渐变演化至突变破坏的过程,过程中土体的强度参数c和φ发挥作用的路径和衰减程度不同。目前,双强度折减策略DRM在边坡稳定性评估中已逐渐形成共识,但双强度参数间的真实折减关系或折减关系的求解方法难以准确定义。以坡体抵抗外部环境能力最大值原理为依据,引入非线性分析突变理论,以坡体的极限承载力为考察量,建立其与双强度折减比的突变模型函数来考察边坡整体稳定性,进而量化折减过程中c和φ的折减比。结合算例,通过与已有方法的计算结果进行对比,验证了方法的合理性,并探究了c和φ以及坡度与折减比间的演化规律及机理。研究的执行思路可为双强度折减技术的探讨提供有益参考。     

基于有限差分强度折减法的略阳电厂边坡稳定性分析

将强度折减理论应用于边坡稳定性分析中,借助FLAC/SLOPE有限差分分析程序,选择弹塑性Mohr-Coulomb模型及其破坏准则,以大唐略阳电厂边坡作为工程实例,分析了该边坡的稳定性,并与传统的Bishop法、Janbu法等方法计算所得边坡稳定系数进行了对比分析。结果表明,有限差分强度折减法能更加真实地反映边坡的实际情况,求得的边坡稳定系数更接近边坡的实际稳定状态,显示出其在边坡稳定性分析中的一定优势。     

基于有限差分强度折减法的多级边坡破坏模式研究

总结了当前多级边坡的稳定性分析方法,引入FLAC^3D程序和强度折减理论,并运用有限差分强度折减法研究了多级边坡随台阶宽度变化的破坏模式、变形及其稳定性。分析结果表明:多级边坡的滑移面的位置、形状和破坏模式随着台阶的宽度不同而不同,且其变形也随着台阶的宽度不同表现出不同的特性。最终通过对多级边坡进行稳定性分析,发现安全系数和滑移面广义剪应变大小也随台阶宽度的变化也表现出一定的规律性。     

边坡岩体块体稳定性分析系统的开发与研究

提出了复杂形态块体几何建模的“切割法”, 在此基础上, 对石根华等人提出的块体理论作了改进和完善。并基于Windows操作平台, 开发了一套实用方便、实用的“边坡岩体块体稳定性分析系统”。经大量的实例 (例如三峡工程船闸高边坡 )检验结果表明, 该系统可以作为对边坡中复杂形状块体稳定性进行现场快速评价的实用工具。     

基于ABAQUS的降雨入渗条件下基坑边坡稳定性分析

降雨入渗条件下边坡的稳定性分析是评价边坡工程安全的主要依据,对工程施工具有重要的指导意义。以南水北调中线工程淇河倒虹吸基坑边坡为研究对象,基于ABAQUS有限元软件,考虑降雨入渗的边界条件,采用强度折减法求解了边坡的最大位移与安全系数,进行了边坡的稳定性分析。计算中,降雨入渗强度为15mm/h,持续时间为72h。计算结果表明:边坡一次开挖的水平方向最大位移、竖向方向最大位移、安全系数分别为0.26m、0.67m、1.650;边坡二次开挖后相应的计算结果分别为0.19m、0.62m、1.641;边坡三次开挖后相应的计算结果分别为0.20m、0.63m、1.639。定性分析与数值计算结果均表明,施工过程中,南水北调中线工程淇河倒虹吸基坑边坡是稳定的。本文的研究结果可以为该工程的施工提供理论依据,对降雨入渗时边坡的稳定性研究具有一定的借鉴意义。     

水下岩质边坡在波浪作用下的稳定性分析

运用ANSYS程序对水下的岩质边坡进行数值模拟分析,采用不同的材料强度来模拟岩石和软弱结构面。应用强度折减方法对边坡的强度参数进行折减,直至边坡出现破坏,分析边坡在达到破坏时内部的应力应变情况和位移变形情况。对于波浪力,本文采用简化的波压力方程模拟低频的水波对边坡的波压力影响,并用多个模型比较计算的方法得出最佳的模型尺寸和水下荷载的计算模式。     

反倾层状岩质边坡失稳的断裂力学分析

反倾层状岩质边坡的高危地质灾害承载体在自然界中普遍存在,为研究其失稳破坏机制,将反倾边坡岩层简化为一个带裂缝的悬臂梁,建立了由一组结构面控制边坡稳定性的断裂力学模型,推导了各岩层结构面等效应力强度因子和岩层及边坡稳定性判据。分析了岩层倾角、层厚、结构面长度、内摩擦角和粘聚力5个因素对边坡的稳定性影响。结果表明,随着岩层倾角和结构面长度的增加,边坡不稳定区域增加,坡脚处的抗滑稳定性减小;随着内摩擦角和粘聚力的增大,边坡不稳定区域减小,坡脚处的抗滑稳定性增大;随着岩层厚度的增大,不稳定岩层的范围基本保持不变,但是岩层的抗滑稳定区域随着厚度增加逐渐向坡脚移动,厚度越大,坡脚处的抗滑稳定性越大。实例分析验证了本文理论的合理与可行性,研究结论对工程实践具有一定指导意义。     

山区公路开挖边坡的稳定性研究及其工程治理──以大甘坪路堑边坡为例

针对山区修筑公路常遇开挖自然斜坡坡脚而诱发边坡失稳的情况,以大甘坪路堑边坡为例,对大甘坪粘土进行卸荷路径下的三轴试验,以获得边坡稳定分析的计算参数。对边坡开挖作非线性有限元分析,探讨边坡塑性区形态和确定滑移面位置。现场监测边坡在渗流期的地下水位变化,采用极限平衡法计算边坡的安全系数,并对其稳定性进行评价。根据有限元分析结果,提出了利用抗滑挡土墙支挡和树枝笼排水沟构成排水系统的边坡治理方法。     

基于双剪统一强度理论的厚壁圆筒塑性极限载荷分析

应用双剪统一强度理论,考虑材料的拉压异性和同性,推导了在内压和轴力联合作用下的厚壁圆筒的塑性极限载荷表达式在该表达式中,当其系数取不同的值时,就能得到按Tresca屈服准则、线性逼近的Mises屈服准则和双剪应力屈服准则进行计算的结果.     

基于分形理论的双渐开线齿轮接触应力研究

综合考虑接触面粗糙度、材料特性等因素对齿轮接触应力的影响,基于分形理论和经典Hertz接触理论建立双渐开线齿轮分形接触模型. 该模型中,影响载荷和实际接触面积的主要因素包括分形维数、粗糙度幅值和材料特性参数. 理论分析表明:分形维数一定时,真实接触面积随着载荷的增大而增大;载荷一定时,接触面积随着粗糙度幅值的增大而减小;随着材料特性参数值的增加,在一定程度上加强了软材料轮齿承载能力,同时会使得微凸体由弹性变形到塑性变形的临界面积减小. 对比分形接触模型和有限元模型两种计算双渐开线齿轮轮齿接触应力方法,结果证明了分形接触模型计算双渐开线齿轮接触应力的有效性.      

基于波动模态耦合的铝电解槽磁流体稳定性傅立叶级数法分析

铝电解槽内磁流体稳定性对铝电解生产有重要影响。本文结合铝电解槽实体仿真的电磁场计算结果,应用傅立叶级数法对槽内磁流体波动稳定性进行数值计算,并对波动的模态耦合问题进行了重点分析。在此基础上,本文以某320kA铝电解槽为研究载体分析了槽长宽比设计对磁流体稳定性的影响,结果表明:波动的不稳定分量集中分布在频谱图中重力波模态密集的低频区域;不考虑母线对体系的影响,增大槽的长宽比,有利于提高磁流体的稳定性。     

基于广义非线性统一强度理论的隧道塌落拱分析

基于广义非线性统一强度的剪切破坏理论,在平面应变状态下,根据极限上限定理和隧道顶部的围岩塌落机制,在耗散能中引入了包含曲线型破裂面方程的目标函数,建立了围岩中任意断面的隧道顶部围岩的塌落机制。基于塑性位势理论,考虑塑性应变增量与塑性势函数的应力梯度成正比,由此得出了在速度间断线上任意点内能的耗散率;再运用虚功原理,建立内能耗散率和外力做功相等的关系式,从而通过变分原理得出了隧道顶部塌落面的解析表达式,由该表达式计算出隧道顶部塌落面的形状。以圆形断面隧道为例,对影响塌落拱形状的隧道半径和中间主剪应力系数等相关参数进行了讨论分析。由此得出:在平面应变状态下,隧道顶部围岩塌落体的宽度和高度随着中间主剪应力系数的不断增大而减小;塌落面的高度随着广义非线性统一强度参数的不断增大而增大,而塌落面的宽度则不断减小;塌落宽度和塌落高度随隧道半径的增大而增大。     

Statistical detection of structural damage based on model reduction

This paper proposes a statistical method for damage detection based on the finite element （FE） model reduction technique that utilizes measured modal data with a limited number of sensors. A deterministic damage detection process is formulated based on the model reduction technique. The probabilistie process is integrated into the deterministic damage detection process using a perturbation technique, resulting in a statistical structural damage detection method. This is achieved by deriving the first- and second-order partial derivatives of uncertain parameters, such as elasticity of the damaged member, with respect to the measurement noise, which allows expectation and covariance matrix of the uncertain parameters to be calculated. Besides the theoretical development, this paper reports numerical verification of the proposed method using a portal frame example and Monte Carlo simulation.     

下限原理在岩土工程中的应用

采用极限分析下限原理求解了岩土工程中基础的极限载力和边坡的安全系数。求解过程中把有限元法和非线性规划相结合,把整个结构离散化,设定每个结点的应力,把原问题变成一个以边坡的稳定安全系数或基础的极限承载力为目标函数,以结点应力为优化变量,以对可静应力场的各种制约为约束条件的非线性规划问题。采用序列二次规划法求解该非线性规划问题,得到了人为构造的严格满足应力边界条件、平衡微分方程、不违反Mohr-Coulomb或Drucker-Prager屈服准则的应力场,解决了三维可静应力场的构造问题。算例分析表明,本文的方法是正确、可行的。     

时程稳定性系数确定的边坡逐孔起爆孔间微差降振时间

为了获得边坡逐孔爆破最佳降振微差时间,以某个实际边坡逐孔微差爆破施工现场为原型,先利用ANSYS建立二维静态模型,借助有限元折减法确定自然状态下的潜在滑动面和静态安全系数;基于已确定的二维潜在滑动面重新建立同尺寸同性质的三维逐孔微差爆破动态模型,利用LS-DYAN进行动力分析,整个过程分别设置同排3个炮孔0、17、25、42和65 ms等5种不同孔间微差起爆方式;同时,对该施工现场进行排、孔间(25 ms,17 ms)、(25 ms,25 ms)、(25 ms,42 ms)、(25 ms,65 ms)等4种微差时间控制的等比例相似小炮测振实验。提取模拟结果中3个炮孔同时起爆时滑面单元的应力数值代入极限平衡法计算公式,绘制了冲击载荷作用下边坡稳定性系数曲线,通过对曲线的理论分析发现,最佳降振微差时间约为48 ms;而三维数值模拟和测振实验结果均显示,孔间微差时间取42 ms时降振效果较佳。这说明,边坡稳定性系数曲线给出的微差时间与模拟和实验结果较为接近,可为今后边坡逐孔微差爆破降振研究提供参考。     

保持顶点多样性的复合形法及其在边坡稳定分析中的应用

针对基本复合形法全局搜索能力不强的缺陷,改进了基本复合形法的寻优方法。在关于各个顶点的寻优直线上分别找出比各个顶点优异的点并替换掉各顶点构成多个新复形,并以各个复合形中心点到各个顶点的海明距离之和为中心距指标,找出最大中心距的复形为下一次迭代之新复形。依次迭代,直到没有新的复形产生。通过对两个复杂边坡最小安全系数的搜索,发现本文新复合形法的全局搜索能力有较大提高。     

基于持续同调的边坡破坏过程的拓扑特征研究

首先利用软件UDEC对边坡处于地震荷载作用下的失稳破坏过程进行模拟,研究了边坡失稳破坏时的动态响应,得到了边坡的变形特征和位移云图,然后运用持续同调理论对边坡失稳状态进行分析,生成条码图,从条码图中提取边坡的拓扑特征,找到边坡失稳临界状态对应的拓扑特征,建立拓扑特征与失稳演化的关系.最终为边坡失稳破坏预测提供一种拓扑化研究工具.研究表明,最长贝蒂1条码的变化反映了边坡的演变过程及失稳破坏规律,贝蒂1条码的突变意味着边坡发生了失稳破坏.运用离散元法和持续同调理论对边坡处于外荷载作用下的破坏特征进行研究,可以更好地了解边坡的破坏机理,为工程防护提供理论依据,同时也为边坡安全设计与灾害预报研究提供了一种全新的数学方法.     

基于分形理论的高强混凝土动态损伤本构关系

基于高强混凝土（HSC）试块在SHPB冲击实验中的分形损伤演化规律,推导了HSC的分形损伤变量表达式,标定了HSC裂纹的分形维数范围。然后参考ZWT模型,并结合HSC实验过程中的应变率相关性、动态损伤特性及近似恒应变率,推导了分形损伤演化的HSC动态损伤本构方程。采用4组应变率工况下的C60、C80混凝土应力-应变曲线对本构方程进行验证,理论曲线和实验曲线吻合较好。

     

State space solution to 3D multilayered elastic soils based on order reduction method

Starting with the governing equations in terms of displacements of 3D elastic media, the solutions to displacement components and their first derivatives are obtained by the application of a double Fourier transform and an order reduction method based on the Cayley-Hamilton theorem. Combining the solutions and the constitutive equations which connect the displacements and stresses, the transfer matrix of a single soil layer is acquired. Then, the state space solution to multilayered elastic soils is further obtained by introducing the boundary conditions and continuity conditions between adjacent soil layers. The numerical analysis based on the present theory is carried out, and the vertical displacements of multilayered foundation with a weak and a hard underlying stratums are compared and discussed.     

基于统一强度理论的岩石弹塑性本构模型及其数值实现

基于弹塑性力学理论,以统一强度准则为屈服准则,建立了考虑硬化/软化行为和应变率效应的岩石弹塑性本构模型;采用Fortran语言通过LS-DYNA的用户自定义材料接口(Umat)对该弹塑性本构模型进行编程,并把该程序生成求解器以达到对该模型进行应用的目的;通过岩石的单轴压缩实验和SHPB实验对所建的弹塑性本构模型进行验证,结果表明,该弹塑性本构模型能够反映岩石在准静态和动态下的力学行为。