东南亚地区某碾压混凝土坝裂缝成因及防治措施研究

混凝土裂缝是影响水工结构强度和耐久性的主要因素之一,东南亚地区全年高温多雨,月均最大温差较小(8.6℃),年均温差大(20.2℃),混凝土温度容易控制,但裂缝问题时有发生。依托东南亚地区某碾压混凝土坝,采用有限元研究施工期温度应力的变化规律,分析混凝土开裂的敏感因素,并就其温控防裂措施开展详细研究。结果表明,浇筑长间歇及寒潮侵袭显著影响混凝土温度应力的变化,老混凝土的强约束作用及新老混凝土的温差影响叠加寒潮应力,导致混凝土应力超标出现温度裂缝。在上述研究的基础上,进一步探讨了降低新浇混凝土温度应力的温控措施,为东南亚地区大体积混凝土工程的建设提供一定的参考。

三维距离势离散单元法

通过定义距离势函数,提出一种适用于空间任意凸多面体单元的三维距离势函数离散单元法。该方法采用归一化的计算方式,将势函数表征为接触体间的距离函数,并基于此建立接触力计算方程,明确了势函数的物理意义,使接触力计算更加合理,无需对各种可能的接触形式进行差异化处理。新方法克服了原有势函数物理意义不明、接触力计算受单元形式影响等重要缺陷,并突破了四面体单元的限制,可采用空间任意凸多面体单元。通过若干算例说明新方法的正确性和有效性。数值模拟结果表明新方法能够很好处理空间任意多面体单元复杂接触变换过程,准确处理复杂非连续介质的运动过程。

非均匀颗粒快速线性接触检测算法

提出一种适用于非均匀离散颗粒体系的接触检测算法,时间复杂度为O(n),对内存的占用较小,对于大规模、分布密集、大粒径比的颗粒体系具有较高的效率。在NBS (no binary search)接触检测算法的基础上进行改进,提高了对于非均匀颗粒体系的适用性。采用对颗粒进行分组,对检测过程分步的策略提高了邻居检索精度;通过设置基于包围盒的初判环节减少了接触判断次数,解决了颗粒尺寸非均匀造成的效率下降问题。颗粒分组方式简单,易于调整,对于各种不同级配的颗粒体系具有广泛的适用性。通过算例验证了算法的性能,在非均匀颗粒体系中相对于NBS算法具有明显的优势。

冲击映像法在深中通道沉管隧道钢壳混凝土界面脱空检测的应用研究

深中通道海底隧道的沉管结构是国内首次大规模采用的钢壳混凝土“三明治”沉管结构。这种新型结构形式复杂,自密实混凝土在浇筑过程中易在钢板与混凝土交界面形成脱空缺陷,局部脱空导致抗压强度降低,影响结构的整体安全。为实现钢壳混凝土脱空缺陷的快速、准确检测,以深中通道海底沉管隧道为研究背景,基于冲击映像法开展大型沉管隧道钢壳混凝土脱空质量检测方法研究。首先,通过研究近源波场响应特性的变化规律,研发包括设备、软件及模型在内的钢壳混凝土脱空检测技术。然后,以此为基础,提出钢壳混凝土脱空质量评价指标。最后,通过足尺模型试验对方法的效果进行验证,经验证,检测结果的准确率为91%。试验结果表明:采用冲击映像法能够准确描述钢壳混凝土病害分布、定量评价脱空状况,为深中通道高质量建设和结构优化提供技术支撑。

不同材料非线性组合对重力坝抗震能力的影响

抗震能力分析是重力坝抗震设计中的关键环节,地震过程中各类非线性行为耦合机制十分复杂。基于库水-坝体动力相互作用、坝体-地基材料非线性以及钢筋-混凝土耦合作用等非线性行为,组合设立三类仿真分析条件,建立循环荷载下考虑滞回效应的混凝土损伤模型和考虑动态黏结滑移性能变化过程的钢筋混凝土分离式模型,以金安桥重力坝非溢流坝段为例,研究不同材料非线性组合对重力坝抗震能力及失效破坏模式的影响。研究结果表明:在所给定的相同标准谱人工地震波荷载作用下,坝体局部配筋将提升重力坝极限承载能力,且钢筋限裂作用显著,同时钢筋混凝土的相互作用将有效抑制结构失效破坏后的灾变演化加剧;计入地基损伤将进一步提升大坝极限承载能力,坝体的损伤演化路径与损伤分布面积有明显改善;并且坝体-地基系统整体质量和刚度的变化对大坝位移响应幅值影响明显,其中质量与位移响应正相关,刚度与位移响应负相关。

距离势离散单元法

势函数离散单元法在接触力计算中存在势函数物理意义不明确、接触力计算与客观实际不符等重大缺陷。在已有研究的基础上,提出一种新型任意形状块体距离势离散单元法。该方法将势函数定义为接触体间归一化的距离函数,可以客观衡量单元间的嵌入程度,具有明确的物理意义,真实反映单元的接触刚度,使法向接触力计算更为合理。此外,新方法重新定义了切向方向矢量,提出切向接触力计算方法。新方法保留原势函数法所有优点,同时完善接触力计算受单元形式影响的不足,并突破三角形单元的限制,能够应用于任意凸多边形单元。通过若干算例说明新方法的正确性和有效性,可用于精确描述复杂非连续介质的运动过程。

滑坡过程数值模拟的三维距离势离散元法

根据滑坡问题的普遍性与重要性,探讨了三维情况下滑坡体的运动路径及堆积范围等问题,提出了用于模拟滑坡体运动的三维距离势函数离散单元法.新方法利用任意形状多面体的最大内切球半径得到无量纲化的距离势函数,在此基础上推导出块体间法向及切向接触力的计算式.为验证算法的正确性,模拟了含节理边坡的倾倒、滑块的动力响应两个经典算例,计算结果与解析解、数值解吻合度高,说明新算法能够准确描述块体间及整体复杂的力学性质.最终,将该方法应用于唐家山滑坡运动的模拟,结果表明新算法能够模拟实际滑坡运动及反应其堆积特性.