深厚覆盖层上土石坝防渗墙损伤开裂精细化分析及防渗功能评价

混凝土防渗墙是覆盖层上土石坝坝基的关键防渗结构,由于防渗墙与覆盖层的刚度和尺度差异巨大,通常的数值分析方法难以保证精度,且现有基于强度的安全评价方法,无法适应防渗墙作为防渗结构而非承载结构的功能评价要求。本文提出了比例边界元-有限元耦合跨尺度离散、塑性损伤模型和内聚力模型分离描述压损伤和受拉开裂、破损后防渗功能目标评价的精细化分析方法,实现了深厚覆盖层上土石坝防渗墙的性态演化评价。研究结果表明:超深覆盖层上悬挂式防渗墙在两岸底部因近似垂直于岸坡的高压应力发生压损伤,类“外伸梁”的面内弯曲变形使靠近防渗墙两岸的顶部和底部区域产生坝轴向高拉应力导致槽段间出现竖向裂缝;在防渗墙两岸的上游侧局部设置辅助防渗措施,可有效降低防渗墙破损后的渗流量。本文方法揭示了混凝土防渗墙的损伤开裂模式,定位了防渗墙薄弱区域,评价了防渗墙损伤开裂对防渗功能的影响,量化防渗措施效果,实现了防渗墙从传统承载能力评价到功能性态评价的跨越,可为深厚覆盖层上土石坝防渗墙的安全评价和设计优化提供理论和技术支持。

基于超大型三轴仪的堆石料动力特性缩尺效应研究

堆石料的缩尺效应是导致高土石坝变形预测不准的重要因素之一,目前针对堆石料静力缩尺效应的影响已有部分研究,但针对堆石料动力变形特性的缩尺效应研究仍十分鲜见。本文对两河口板岩及古水玄武岩开展了超大型(试样直径800 mm,最大粒径为160 mm)和常规大型三轴(试样直径300 mm,最大粒径为60 mm)动剪切模量和阻尼比试验,研究了平行相似级配条件下最大粒径对最大动剪切模量、动剪切模量比、阻尼比以及沈珠江等效线性模型参数的影响。试验结果表明:①超大型三轴试验的最大动剪切模量大于常规大型三轴试验,随着动剪应变的增大,超大型和常规大型三轴试验的最大动剪切模量差别逐渐减小;②超大型三轴试验的动剪切模量比G_(d)/G_(dmax)小于常规大型三轴试验,即超大型三轴试验的动剪模量比衰减得更快;③超大型三轴试验的阻尼比大于常规大型三轴试验,随着动剪应变的增加,二者的差距逐渐增大;④超大型三轴试验得到的沈珠江等效线性模型参数k_(2)、k_(1)以及λ_(max)分别是常规大型三轴试验的1.14~1.32倍、1.26~1.31倍以及1.31~1.44倍,超大型和常规大型三轴试验得到的模量指数n差别不大。本文研究成果可为同类工程动力响应分析提供更加合理的试验与数值计算依据。

超深覆盖层上面板坝防渗墙连接板接缝变形机制及优化分析

针对超深软弱覆盖层上的面板坝工程止水缝安全问题,从变形和应力2个方面开展优化研究,揭示了防渗墙连接板趾板面板防渗体系的变形模式,定位了薄弱位置,提出了优化方案,并量化了工程应用效果.结果表明,防渗墙与趾板间沉降差集中在防渗墙与连接板之间的止水缝处,设置多块连接板无法起到逐步过渡沉降差的作用.防渗墙下游侧设置侧向支撑、制作倾斜形止水缝、趾板下设支撑墙均可减小防渗墙连接板间止水缝沉陷变形.相比垂直止水缝和多块连接板的传统方案,所提的防渗墙顶部拓宽连接板倾斜形止水缝以及防渗墙顶部拓宽倾斜形止水缝趾板下设支撑墙的深厚覆盖层上面板坝防渗体系综合优化方案可使防渗墙与连接板之间止水缝沉陷变形分别减小41.5%和53.8%.

解析试函数单元的非线性化及工程应用

解析试函数单元将弹性控制方程的解析解引入到单元位移场中,导致位移场与弹性参数相关,限制了其在弹塑性分析中的应用。该文提出了构造解析试函数单元的弹性参数保持常数的策略,使其适用于弹塑性分析。通过土柱弯曲的弹塑性分析结果表明:用于构造解析试函数单元的弹性模量的取值对计算结果没有影响;泊松比的取值对结果影响较大,而当其与材料弹性泊松比一致时精度较高,计算误差小于等参单元、比例边界有限元和非协调元。将解析试函数单元的非线性化方法应用于大开地铁的震害模拟,结果表明:在自由度较少的情况下,非线性化解析试函数单元的模拟结果更接近实际震害,具有良好的应用前景。

超深覆盖层上高沥青心墙坝防渗墙受力状态的精细化分析

混凝土防渗墙是深厚覆盖层地基上修建土石坝的主要坝基防渗结构,是保证大坝安全的关键防线,因此,精细模拟防渗墙的受力状态,对于合理评价深厚覆盖层上土石坝工程具有重要意义。联合增量迭代法和有限元-比例边界有限元耦合方法,实现了土石坝应力变形的跨尺度精细化分析,克服了中点增量法求解局部强非线性问题时精度低的缺陷;发现了防渗墙-心墙接头附近和防渗墙底部土体剪切带的局部大应变特性,阐明了传统方法无法描述土体局部大应变而高估防渗墙应力的机制;提出了设置薄层单元来模拟应变局部效应的高效计算方法,实现了超深覆盖层上高沥青心墙坝防渗墙受力状态的三维精细化分析。本研究发展的有限元-比例边界元-增量迭代法-预设薄层单元的跨尺度非线性分析方法可为深厚覆盖层上土石坝防渗墙的安全评价和设计优化提供理论和技术支持。

深厚覆盖层上土质心墙坝防渗墙-心墙接头局部无网格大变形分析

土质心墙坝作为覆盖层地基上的一种重要坝型,其上部土质心墙与下部混凝土防渗墙直接相连,由于材料刚度差异悬殊,两者在接头区域往往存在防渗墙“贯入”心墙的局部大变形现象。在任意拉格朗日-欧拉(ALE)框架下,开发了无网格大变形弹塑性分析方法,协同发挥了ALE框架在大变形分析中稳定和高精度的优势以及无网格法(Meshless)无需单元拓扑的特点,解决了有限元法因网格扭曲引发的精度降低或复杂重剖分问题。基于面向对象的C++语言,将该方法集成到自主开发的GEODYNA计算系统中,实现无网格大变形方法与有限元(FEM)、比例边界有限元(SBFEM)的无缝耦合。将耦合Meshless-FEM-SBFEM方法应用于某深厚覆盖层上土质心墙坝,联合土体广义弹塑性模型,再现了坝体在填筑过程中防渗墙“贯入”心墙的局部大变形发展过程,发现在竣工期小变形分析低估防渗墙竖向应力约4.1 MPa(占13%),并指出了防渗墙顶部两侧土体间存在剪切带。

基于弹塑性模型参数反演的高土石坝地震响应预测

合理准确描述堆石料的力学特性是高土石坝地震响应预测和安全评价的重要前提。以特高心墙坝填筑期变形的监测结果为目标值开展了三维反演分析,获取了反映大坝真实状态的坝料广义塑性模型和邓肯张E-B模型的参数,探讨了两种本构模型描述高土石坝变形的精度,随后采用反演的广义塑性模型参数开展了高土石坝的地震响应预测及安全评价。结果表明:目前反演分析常用的邓肯张E-B模型无法兼顾竖向和水平变形,且反演参数无法用于动力分析;静动统一的广义塑性模型计算的竖向和水平位移均与实测结果吻合良好,并可直接用于大坝的动力响应预测。所建立的一整套基于弹塑性模型参数反演的高土石坝地震响应预测分析方法,可为高土石坝的安全评价和风险预警提供可靠的技术支撑。

从瘀论治类风湿关节炎研究进展

类风湿关节炎是一种常见的自身免疫性炎症性疾病,中医学将其归入“痹证、尪痹”范畴,中医对类风湿关节炎的病因和治疗上有独特的见解,认为无论是内因还是外因都会导致瘀血的产生,瘀血为类风湿关节炎的独立致病因素和病理结果,瘀血贯穿类风湿关节炎的始终。文章将探讨从瘀致痹的病因病机,从现代医学角度阐释瘀血与类风湿关节炎的相关性,以及从多方面说明从瘀论治类风湿关节炎的疗效,为类风湿关节炎从瘀论治的深入研究及治疗提供一定的依据。

瑞利阻尼系数确定方法对高土石坝地震反应的影响研究

土石坝地震反应分析中,瑞利阻尼系数在很大程度上影响计算的精度。改进了阻尼系数的确定方法,采用不同阻尼系数对土石坝进行了时域动力分析,并与频域计算结果进行了比较。结果表明:当坝高超过100 m后,采用结构基频确定瑞利阻尼系数的方法高估了结构的阻尼,导致结构的动力反应偏小;改进后的方法能较好地反映结构的阻尼特性。通过对拟建的双江口直心墙土石坝进行动力分析,进一步验证了改进阻尼系数确定方法的合理性。

接缝简化模型及参数对面板堆石坝面板应力及接缝位移的影响研究

通过大量的三维面板堆石坝有限元分析,研究不同止水结构形式对面板堆石坝面板应力和接缝位移的影响。在此基础上,建议简化的面板堆石坝接缝模型,简化模型具有简单的表达形式和较少的参数,方便面板堆石坝的有限元计算分析,可满足精度要求。通过对简化模型参数进行敏感性分析,建议简化模型参数取值范围和改善面板应力的工程措施。

西域砾岩砂砾料沥青混凝土心墙坝湿化变形数值分析

我国新疆地区广泛使用西域砾岩砂砾料作为筑坝材料,由于西域砾岩砂砾料浸水后易软化、崩解,大坝蓄水后的湿化变形分析成为工程界广泛关注的问题.联合广义塑性模型和西域砾岩砂砾料湿化模型,对某沥青混凝土心墙坝进行了湿化变形有限元分析.结果表明:广义塑性模型和西域砾岩砂砾料湿化模型能够很好地反映大坝湿化变形及应力分布规律;上游蓄水湿化使坝体向上游方向的水平位移和沉降都增大,最大水平位移由竣工时的1.5cm增至22cm左右,最大竖向沉降由竣工时的0.17%坝高增至0.53%坝高,筑坝料的湿陷使心墙的变形也增大;西域砾岩砂砾料的湿化变形明显大于花岗岩堆石料,最大竖向沉降是花岗岩堆石料的近3倍,其湿化造成坝顶上游侧出现局部拉应力区,有可能导致坝顶出现裂缝.因此,在新疆干旱地区采用西域砾岩砂砾料筑坝时考虑蓄水时的湿化影响是十分必要的.

地震时饱和砂土地基中管线上浮机理及抗震措施试验研究

采用模型试验技术 ,证实了地震中由于地基的液化使管线上方的填土抗剪强度降低 ,浅埋在饱和砂土下的管线“上浮”到地表 ,最终导致管线破坏 ;通过类比试验的方法 ,着重研究了地震时砂土地基的加速度反应、振动孔隙水压力的产生消散过程、管线的上浮机理、多种排水 (或加固 )措施的抗震效果 ,为进一步的深入研究。

粗粒料广义塑性模型对不同应力路径适应性研究

结合两种不同岩性的粗粒料在等σ1、等σ3、等p以及等应力比应力路径下的大型三轴试验和侧限压缩试验成果,研究了粗粒料广义塑性模型对不同应力路径的适应性.结果表明:广义塑性模型很好地反映了粗粒料变形的应力路径相关性.同时根据Roadford坝坝料的三轴试验结果得到的模型参数,对大坝进行了有限元数值模拟,计算得到的大坝填筑后的变形与实际监测结果吻合较好.表明广义塑性模型也能较好地反映土石坝施工期应力路径对坝体变形的影响.

堆石料残余变形特性研究

应用自行研制的高精度中型动三轴仪,对某筑坝堆石料的动力残余变形特性进行了试验研究。在充分考虑应力水平对残余动剪应变影响的基础上,对沈珠江提出的模型进行了改进,并利用试验求得的参数对理想面板堆石坝进行了残余变形有限元分析。研究表明:低坝时,改进模型与沈珠江模型计算的结果差别不大;随着坝高的增加、地震烈度的增大,两者计算的结果差别增大。

近断层地震动作用下面板堆石坝的加速度分布系数

我国西部地区有很多已建、在建及拟建的高土石坝工程,坝高已达200 m以上,这些高坝有的位于地震断裂带附近。规范中关于地震加速度动态分布系数的规定仅适用于高度70 m(8、9度烈度)和150 m(7度烈度)以下的大坝,且没有考虑近断层地震动的特点。本文分别对高度为40、70、150和200 m面板坝进行动力反应分析,将规范谱人工波与近断层地震动作用下面板堆石坝的加速度反应进行对比。结果表明,近断层地震动作用下的大坝最大加速度明显大于规范谱人工波。通过总结近断层区域大坝的加速度分布规律,建议了适用于近断层区域面板堆石坝的加速度分布系数,可为大坝的抗震设计提供参考。

高土石坝加速度响应的三维有限元研究

采用三维有限元分析方法,对100 m以上的均质堆石坝进行了动力反应分析,研究了沿大坝高度方向和坝纵轴线方向的加速度分布规律,分析了坝高、动剪切模量、坝坡坡度、河谷宽高比、地震峰值加速度、地震波对加速度放大倍数的影响。结果表明:高土石坝表现出明显的三维动力效应,坝高、动剪切模量、坝坡坡度等因素对大坝三维加速度反应均有不同程度的影响;所有工况中地震加速度均在坝高4/5以上的河谷中部放大明显,现行规范建议的加速度分布规律不符合高坝的反应特性。根据计算结果,建议了大坝坝坡抗震加固的范围。

饱和砂土地基中地下管线的振动台试验数值模拟分析

本文采用有效应力有限元方法对饱和砂土地基中的地下管线振动台模型试验进行了数值模拟,该方法以广义Biot固结原理为基础,采用了双曲线的应力应变关系和Seed提出的孔压模型,通过将预测的超孔隙水压力、排水措施的抗上浮效果与试验结果进行比较,结果表明,有效应力分析方法可以较好地模拟管线周围地基中超孔隙水压力增长和消散过程、评价管线的抗上浮能力,采用排水措施可提高管线的抗上浮安全系数。

基于四叉树网格和多边形比例边界有限元方法的岩土工程非线性静动力分析

有限单元法(FEM)作为强大的数值分析技术广泛应用于岩土工程结构数值模拟。由于传统有限元的单元形状局限性以及岩土工程模型的复杂性(分层施工模拟、复杂材料分区等),较难编制通用的高质量网格剖分算法,使得模型网格生成消耗整个分析过程的大部分时间,阻碍快速自动化分析进程。采用四叉树网格剖分技术,联合非线性多边形比例边界有限元(PSBFEM)方法,发展了一种可用于岩土工程结构的快速建模和数值分析方法。对某心墙坝进行了静动力数值模拟,并与传统有限元结果对比验证了其正确性。研究表明,文中方法具有使用简便、网格灵活、生成速度快、质量高等特点,可以大幅降低累赘繁琐的人工干涉,为工程结构快速设计–优化提供有力的技术手段。该方法扩展至三维结构将具有更大的研究价值和工程意义。

边界条件对土石坝地震反应的影响研究

土石坝地震反应分析中,需要对有限网格的边界条件进行处理,以反应实际地基在空间上的无限性。分别采用黏性边界和刚性边界,对土石坝进行了动力分析。结果表明:随着坝高增加,黏性边界对坝顶加速度反应影响逐渐增大;对于均质坝,考虑黏性边界计算的坝顶加速度反应约比刚性边界低10%~30%;对于实际双江口直心墙土石坝,考虑黏性边界计算的坝顶加速度反应约比刚性边界低30%~40%左右。

城市固体废弃物残余变形特性试验研究

利用中型动三轴仪,对城市固体废弃物(MSW)进行了残余变形试验研究,采用改进的沈珠江模型对MSW的残余变形模型参数进行拟合,在此基础上,讨论了不同破坏标准下的应力水平对模型参数的影响,建议了适合MSW的残余变形模型应力水平指数。MSW属于应变硬化型材料,应力和应变曲线没有明显的峰值,不同破坏标准条件下,相同固结比的MSW具有不同的应力水平,因此建议用固结应力比来代替应力水平,提出了适用于MSW的残余变形修改模型,修改后的模型不必考虑破坏标准对残余变形参数的影响,应用更加方便。