隧洞衬砌内部缺陷探地雷达正演模拟与应用

混凝土衬砌脱空等内部缺陷一直是水工隧洞的“伴生”病害,对工程的安全运行产生不利影响。探地雷达具有高效无损的特点,被广泛用于结构内部缺陷探测。受限于内部缺陷的复杂性,缺陷不同形状及类型与探测雷达图谱特征形成机制仍不明确,易引起误判。基于时域有限差分法开展规则和不规则脱空含空气、含水缺陷的正演模拟,对雷达图谱、时域、频域响应特征进行分析,并结合雷达波传过程分析其响应机制。结果表明,不规则缺陷使得雷达信号回波形态畸变,出现“多弧状”特征;脱空含水缺陷相较于含空气缺陷雷达回波出现相位反转,上下边界反射信号时间间隔延长,主频向低频偏移。将上述规律应用于某实际隧洞工程探测解译中,准确判别出了缺陷类型和尺寸。

白鹤滩高拱坝坝趾锚固研究

高拱坝坝趾区域是加固设计的重点关注区域。为了对其锚固进行研究,进一步阐述基于变形加固理论的高拱坝坝趾锚固机制。给出坝趾锚固区域不平衡力的计算方法和坝趾锚固的基准状态。将这一机制应用于白鹤滩高拱坝坝趾锚固数值分析中,得到锚固所需的最小加固力和最优锚固角,并分析坝趾不平衡力分布规律的原因。同时,对白鹤滩高拱坝进行大比例尺(250∶1)下的地质力学模型试验研究。通过对加载过程中的位移、应变和开裂的监测和分析,得出坝趾区域随荷载增加过程的破坏规律。通过对地质力学模型试验与数值分析结果的对比分析表明,两种研究方法的结论是相一致的,白鹤滩高拱坝左岸坝趾较右岸坝趾更为薄弱。研究结果表明,变形加固理论为坝趾锚固分析和评价,提供科学的理论基础和实用的分析方法。

木城涧矿震监测定位系统的避雷和接地

木城涧矿震监测定位系统曾遭7次雷击破坏。为此,在分析雷击事故的基础上,结合木城涧矿震监测定位系统的实际情况,采用了内外结合的避雷措施。架设三角形网状结构的塔式独立避雷针,站台建筑物内部使用UPS不间断电源和浪涌保护器。对各处接地装置进行适当的布置。实际运行结果表明,所采用的避雷措施和接地装置,对于防范雷击、保护系统起到了良好的作用。

矿震监测定位系统的研究及应用

为确定矿震发生的时间、地点、震级,结合煤矿实际情况,研制一套国内首台具有自主知识产权的矿区千米尺度破坏性矿震监测定位系统。该系统采用在矿区地面布置4个子台,子台由三分向加速度传感器组成,拾取振动波信号。为保证4个子台矿震数据的时间精度,采用GPS网络授时作为时间基准,通过对振动波的频率、振幅等特征分析,对矿震波进行自动识别,排除放炮等振动信号。各子台矿震信号通过网络传输到中心测控机,中心测控机对各子台进行远程控制管理,监控各子台的工作状态。中心测控机对数据进行处理和分析,计算矿震发生时刻,通过振动波持续时间计算矿震震级,采用3种方法计算矿震发生位置。该系统可为矿井迅速准确组织救灾、减少损失提供依据。同时,通过对每天矿震发生的时间、次数、位置、震级进行统计分析,可对未来的矿震发生趋势进行预测。系统的运行情况表明,监测结果与实际矿震较吻合,定位结果小于规定的误差上限。

基于损伤理论的圆形巷道围岩应力场分析

由于巷道掘进破坏了原岩地应力场,使围岩应力重新分布,应力集中区的高应力造成巷道变形破坏。特别是布置在高地应力区的巷道变形破坏更加严重。因此必须合理准确地计算巷道围岩应力场,为巷道变形破坏计算及稳定性分析提供理论依据。岩体内部存在微裂纹,其发生、扩展、并合,决定了岩石材料的宏观力学性能,因此巷道围岩应力场的计算应该考虑岩石材料的损伤特性。本文基于损伤理论计算得到的不同地应力情况下的圆形巷道围岩应力场,计算结果与实际情况符合得较好。

岩盐地下油气储库群稳定分析及连锁破坏的地质力学模型试验

层状盐岩中油气储库群的整体稳定及其连锁破坏机制的研究对油气储库的安全运行有着及其重要的意义。采用小块体和低强度黏接剂建立地下储库的地质力学模型,以小块体来模拟岩体的变形特性,块体之间的低强度黏接剂模拟岩体的强度特性。泥岩夹层采用脱水石膏薄片模拟。模拟四洞室储库群在不同压强下的注采循环过程。通过埋设在模型内部的位移计和应变片自动跟踪监测洞室群及基础的位移和应变随注采压强的变化规律,研究采气方式、内压大小和泥岩夹层对储库群整体稳定性的影响。结果表明,单溶腔采注气对洞室群稳定性和连锁破坏有显著影响,泥岩夹层对洞群稳定影响很小。

弹塑性煤柱的应力场计算

为解决煤柱强度与刚度的计算问题,首先要进行应力场分析.现场观测结果表明,煤柱边缘存在塑性区,进行其应力场分析时考虑煤柱的塑性软化是非常必要的.根据煤样力学性能测试结果,把煤柱应力应变曲线的塑性软化阶段近似为三次曲线,应用煤层塑性软化理论,推导出了顶板弯曲方程.应用解析方法求解,得到采空区和煤柱弹性区的变形;采用数值方法———改进的欧拉法求解,得到塑性软化区的变形,进而得出了顶板的变形和弹塑性煤柱的应力场的分布规律.并给出了算例,验证了分析结果的正确性.

线性等参单元逆变换的几何二分法及其修正

在证明线性等参单元的一个几何特性的基础上,提出了线性等参单元逆变换的几何二分法。几何二分法简单易行,避免求解高维高次非线性方程组。在几何二分法基础上,提出一种修正措施以消除畸形单元对所求结果的影响,几何二分法及其修正措施克服了以往方法存在的缺点,两个实例验证了由几何二分法及其修正措施进行等参逆变换的正确性。

PHC-钢管组合桩高应变检测修正方法

针对PHC-钢管组合桩这类非常规桩的极限承载力设计及高应变检测难题,开展了高应变试验和竖向静载试验。设计制作3根不同长度组合的PHC-钢管组合桩,采用锤击法沉桩,通过高应变现场试验和竖向静载试验,得出基于两种试验数据的极限承载力;依据高应变和竖向静载试验结果,通过理论分析提出了PHC-钢管组合桩高应变实测曲线拟合法的修正方法。结果表明,对于PHC-钢管组合桩,高应变实测曲线拟合法得到的极限承载力大于竖向静载试验下的极限承载力,提出的修正方法计算结果与竖向静载试验结果基本一致,可用于PHC-钢管组合桩极限承载力高应变法检测。

超大跨度渡槽脉动风频率特性分析

贵州龙场渡槽是我国目前最大的拱跨渡槽,其脉动风频率特性分析对设计工作具有极其重要的指导作用。计算了龙场渡槽在有水、无水工况下的前20阶自振频率,分析了相应的振型;采用极值Ⅰ型概率分布函数,计算得到龙场渡槽所在地的50年一遇最大设计风速为17.6m/s;针对1986～2010年间的3次强风风速和50年一遇最大设计风速,计算了龙场渡槽所在地典型高程处的脉动风功率谱密度。研究表明:在同一高度,随着年平均最大风速的增加,功率谱密度最大值逐渐增大,其对应的频率也在增大;对于同一风速,随着高度的增加,功率谱密度的最大值逐渐增大,其对应的频率也在增大。通过比较龙场渡槽自振频率与脉动风功率谱密度显著值所对应的频率,认为龙场渡槽在上述风速下不会发生共振现象。

引滦入津隧洞围岩岩体质量分级转换

建立了将围岩质量由原普氏坚固性系数f值分级转化到现行规范下的BQ分级的方法,并获得了引滦入津隧洞围岩质量的BQ分级。该分级对于隧洞除险加固及管护具有十分重要的意义。

基于梯度塑性理论的岩石等间距破坏分析

等间距断裂属应变局部化范畴,这是传统的宏观连续介质理论无法预测和解释的。应变梯度理论是传统塑性理论的推广和完善,本文在屈服函数中引用应变梯度项分析了岩石等间距破坏问题。首先建立了平面应力状态下应变梯度塑性理论模型,通过解析岩样边界在水平压应力作用下的塑性应变场,得出其曲面的分布具有等间距规律,其网络的分布格局及幅值大小受岩样尺度、边界应力、降模量等多种因素的影响。这一结论不仅与一些文献结果相吻合,而且说明用梯度塑性理论能够近似描述等间距现象。本文对深入研究等间距断裂提供了一个新思路。

基于有限差分法的大型调压室围岩稳定性分析

采用三维有限元软件ANSYS对某水电站地下调压室建立模型,以FLAC^(3D)为计算平台,分别对3种不同支护方案下的开挖过程进行仿真模拟,对开挖所引起的应力、位移的变化规律以及塑性区的分布情况进行比较分析。计算结果表明,在衬砌、锚杆及预应力锚索的复合支护措施下,地下调压室围岩的位移、应力和塑性破坏区均在合理范围内,可以满足工程的要求。

PHC-钢管组合桩竖向荷载传递机理研究

PHC-钢管组合桩因抗腐蚀、贯入性能好,在高桩码头开始推广使用。但是其上部是PHC管桩,下部是钢管桩,两者桩径不同,弹性模量和密度等差异很大,荷载在桩体中的传递呈现出不同的作用机理,传统计算方法无法直接应用于其竖向承载力计算,而且该桩型竖向荷载传递机理研究未见报道,导致PHC-钢管组合桩竖向荷载设计缺少机理依据。运用FLAC3D软件并基于镇江扬中长江沿岸地区地质条件,对PHC-钢管组合桩进行竖向静载数值计算,同时考虑土体软化特性、桩土接触特性及沉降大变形问题,对"接桩部位埋深"、"接桩部位面积"问题进行研究。分析其不同组合下对桩身极限承载力的影响以及桩身轴力、侧摩阻力分布规律。结果表明,镇江扬中长江沿岸地区打入的PHC-钢管组合桩是端承摩擦桩;接桩部位埋深与面积会影响极限承载力和桩体失稳后沉降值大小;桩身轴力在接桩部位发生较大衰减;桩侧摩阻力随深度变化较复杂;整桩侧摩阻力极值出现在接桩部位。

长江下游某通用码头散货泊位PHC-钢管组合桩钢管桩长度确定

针对长江下游地区某物流通用码头散货泊位处水体较深、软土(淤泥质粉质粘土)较厚等不利岩土工程条件,确定采用PHC-钢管组合桩作为地基基础,而确定组合桩中的钢管桩长度部分尤为重要。为此,在考虑土体软化特点、桩土接触关系、桩身沉降等基础上,采用FLAC3D软件构建了PHC-钢管组合桩—土模型,进而计算了6根PHC-钢管组合桩中不同钢管长度时的桩身极限承载力、轴力、侧摩阻力。结果表明,钢管桩较短时,组合桩的极限承载力较高;改变钢管桩长度,使PHC管桩与钢管桩的接桩部位处于粉质粘土、粉细砂层时,轴力与侧摩阻力变化较大;接桩部位位于持力层时,缩短钢管桩长度会降低整桩极限承载力及接桩部位的侧摩阻力。通过对比分析钢管桩对组合桩桩身极限承载力、轴力、侧摩阻力的影响程度,最终确定组合桩中钢管桩长度5m时为最优选择。

塔河流域在役大中型水库风险评估研究

塔里木河流域内在役水利工程进行风险评估研究,保障运行安全和发挥工程效益意义重大。采用故障树对风险筛选和识别,再利用层次分析法进行风险评估。水利工程风险评估研究的主要内容:资料收集与现场调查;风险筛选及识别;风险评估方法、等级划分及评价;水利工程安全风险评估;风险应对措施。风险评估要从结构安全性、结构耐久性、概率性风险3个方面进行评价。安全风险评估有助于提升塔河流域内风险应对能力和水利工程信息化管理水平。

改进的三维多重网格法及其工程应用

本文针对多重网格强度校核方法中的不足之处——滑面子结点应力的有限元网格依赖性,提出了相应的改进方法。改进方法把滑面网格结点作为虚拟的高斯点,其应力的计算方法与有限元中高斯点应力的计算方法相同。改进的方法在继承原方法特点的同时,比原来的方法具有更好的理论基础。数值算例分析表明改进方法中子网格结点应力的取值更为准确可靠,降低了对有限元网格划分的依赖性。最后,将改进的多重网格法应用于拱坝坝肩抗滑稳定分析。