基于ABAQUS的心墙堆石坝湿化流变耦合数值模拟方法

针对库水作用下心墙堆石坝湿化与流变耦合影响下的坝体变形问题,结合邓肯—张E-B模型、修正沈珠江湿化模型和沈珠江三参数流变模型,提出了湿化流变耦合计算模型,同时基于ABAQUS平台子程序开发,实现了考虑坝体堆石料湿化流变耦合分析,并进行了相应的验证及坝高从100~300 m的敏感性分析。结果表明,耦合作用下的上游堆石体沉降量较非耦合作用下增加约12%~16%,向上游位移减小约5%~10%,且耦合作用对坝体变形的影响随坝高增大而愈发显著。该研究可更为准确地考虑湿化与流变耦合作用下的坝体变形,对心墙堆石坝的设计、施工具有现实的理论意义和应用价值。

岩质边坡开挖过程模拟的动态有限单元法

借鉴流形元的思想,提出三维岩质边坡开挖过程模拟的动态有限单元法。该方法在模拟边坡开挖过程中,建立有限元网格时仅需考虑结构面和复杂地形,而不用考虑开挖面的位置;开挖面信息仅作为动态参数在计算过程中实时输入,大幅度降低了前处理的难度。该方法根据几何拓扑判断,计算确定单元中的保留域和开挖域。运用常规有限元的位移插值模式,组装整体刚度矩阵和荷载向量,并运用加密高斯点法完成数值积分。其中,整体刚度矩阵来源于保留域,开挖域则提供开挖荷载。编制相应的计算程序,并将其应用于小湾孔雀沟料场边坡的开挖仿真分析中,通过该方法计算结果与常规有限元法计算结果进行对比,证明该方法的有效性。该方法的最大优点在于前处理简单,能运用于复杂边坡、洞室的快速开挖仿真和体型优化分析中。

裂缝分析的比例边界有限元与有限元耦合的虚拟结构面模型

比例边界有限元法SBFEM(Scaled Boundary Finite Element Method)是一种半解析数值方法,在裂缝分析特别是强度因子计算上具有相当高的精度。本文提出了一种用于裂缝分析的基于虚拟结构面的SBFEM与常规FEM的耦合分析方法。首先选取裂缝周边一定范围的计算域,并将结构分成不含裂缝区域和含裂缝区域两部分。然后,对不含裂缝区域,采用FEM进行网格离散;对含裂缝区域,采用SBFEM进行网格离散;两者相互独立,在这两个域内,分别采用各自相应的位移模式。最后通过在SBFEM网格的外边界设置虚拟耦合结构面的模式,实现有限元网格和比例边界有限元网格的耦合。通过两个经典的含裂缝平板的算例研究,探讨了本文方法在I型开裂和混合型开裂分析中,影响应力强度因子精度的因素。算例表明,SBFEM具有的降维和半解析性质,使本文方法在裂缝分析中的前处理简单易行,且计算结果具有相当高的计算精度。

水布垭导流隧洞堵头体型的优化

采用三维非线性有限单元法,对水布垭导流隧洞堵头进行了不同齿槽深度、不同堵头长度下的堵头稳定分析,然后基于分析结果提出了堵头体型优化建议,使堵头长度由初步设计的45 m减少到31 m;最后根据实际施工情况进行了施工期的堵头反馈设计与稳定校核.研究中发现:堵头延长段的作用主要是提供凝聚力,其产生的摩擦阻力作用不明显;堵头顶部和围岩的接触情况对于安全系数影响较大.该研究结果已被设计采用,对类似的工程有一定的参考意义.

三维岩石随机裂隙网络的块体自动识别

运用蒙特卡罗法模拟生成随机的结构面,在三维岩石块体系统自动识别方法的基础上,充分比较有限结构面和无限结构面相互切割成块体的异同,并结合基本的拓扑学原理,实现了三维岩石随机裂隙网络块体的自动识别,并有效地解决了多连通问题。算例表明了该方法的可靠性。

大坝/地基系统应力-应变分析的不连续有限元法

根据虚功原理,提出大坝/地基系统应力-应变分析的不连续有限元法。该方法将大坝和地基分成2个子域,它们之间的网格相互独立,通过建基面变形与两侧大坝、地基单元位移的几何相容方程、建基面的本构方程和系统整体的平衡方程来实现不连续网格的耦合。运用该方法分析一个复杂地基上的重力坝算例,并与常规有限元法的计算结果进行对比,验证所提分析方法的正确性。由于大坝和地基的网格相互独立,因而网格剖分工作相对简单且可以并行完成,特别适合于复杂地质条件下的大坝变形和稳定分析。

三维随机裂隙岩体渗流分析的块体单元法

岩体中的裂隙分布具有随机性,且渗流主要通过裂隙面进行。运用蒙特卡罗法模拟生成岩体中的随机裂隙面,基于矢体的概念,实现了包括凹块体和多连通体在内的三维随机裂隙岩体的块体单元自动识别。假定岩块不透水、渗流仅通过裂隙面进行,建立了三维随机裂隙岩体渗流分析的块体单元法。通过算例分析,验证了所提方法的准确性和有效性。

随机裂隙岩体渗流-应力耦合分析的块体单元法

视岩石裂隙为一种"充填介质",进而将有填充物和无填充物的裂隙统一处理,推导了裂隙面的刚度系数、导水系数和法向应力之间的关系式。在此基础上,根据块体单元法的应力、渗流分析的基本原理,即认为岩块为刚体、变形集中发生于裂隙面,假定岩块不透水、渗流仅通过裂隙面进行,并考虑了法向应力和裂隙面刚度、导水系数的关系式,运用两场交叉迭代法,提出了三维随机裂隙岩体渗流与应力耦合分析的块体单元模型。编写了相应的Fortran程序,该程序将块体元的应力、渗流两个分析模块整合在一起,计算效率较高。该模型的最大优势是能考虑大规模复杂的节理、裂隙,且前、后处理简单。通过沙沱重力坝的分析,验证了方法的准确性和有效性。

基于块体切割法的随机骨料三维模型模拟——以四级配混凝土为例

混凝土细观力学特性的数值模拟效果,很大程度上取决于骨料模型的建立是否合理、高效。为此,以块体切割法为基础,将其推广至三维,生成了凸多面体骨料;然后根据骨料侵入判别准则,建立了四级配混凝土随机凸多面体骨料三维模型。结果表明,本方法能够建立随机凸多面体骨料三维模型,该模型可为研究混凝土细观力学特性打下良好的基础。

水电站建筑物课程实验建设的探讨

大学的扩招进一步导致教育资源的稀缺,最受影响的当属实验与实践教学环节的减弱。水电站建筑物作为水利工程专业的核心课程之一,具有内容多、知识面广、实践性强的特点,是一门老师授课难、学生学习痛苦的课程。若无较好的实验环节支持,学生的学习将变得空洞、无趣甚至不知所以。文章以三峡大学水电站建筑物的课程实验为例,介绍了该课程相关实验室的建设。实验室初步建成后,对教学效果有较明显的提升。

渗流分析中排水孔模拟的叠单元法

排水孔是重要的渗控措施,如何准确模拟排水孔的作用是渗流分析中的关键问题之一。目前普遍采用排水子结构法,但由于子结构网格依存于整体网格,在解决复杂工程问题时网格划分难度很大。文中提出一种新的排水孔模拟方法——叠单元法。对于含排水孔的结构,将其划分为不包含排水孔的整体网格以及各排水孔附近区域的局部网格,网格之间相互独立。然后,通过排水孔局部网格的外边界面的虚拟渗流,实现整体网格与排水孔局部网格的耦合。算例分析的结果表明,当排水孔局部网格范围大小取为整体网格单元尺寸的1～3倍,外边界面渗透系数取为材料渗透系数的102～103倍时,所提方法能够准确模拟排水孔的作用。由于叠单元法的网格划分简便易行,有望广泛应用于复杂工程问题的渗流分析。

含冷却水管混凝土坝温度计埋设位置优选

在水工混凝土坝温控过程中,以温度计实测温度表征混凝土浇筑仓的平均温度,则可方便准确地监控混凝土浇筑仓的温度。结合1.0 m×1.0 m,1.5 m×1.5 m,1.0 m×1.5 m,2.0 m×1.5 m四种典型水管间距的混凝土棱柱体模型,首先采用水管冷却有限元法进行温度场仿真计算,接着选取含冷却水管混凝土模型典型截面,并通过引入四边形12节点等参单元来简化获取截面内任意点温度,然后建立温度计位置优选模型,最后采用优化算法求解获得最优的温度计几何位置。算例分析表明,在混凝土浇筑仓内存在多个位置的温度历程与浇筑仓平均温度历程接近,1.0 m×1.5 m截面的温度计位置分布近似为线性分布,其他截面为抛物线分布。在这些位置处埋设温度计,所测温度可较好地表征浇筑仓的平均温度,供温度监控参考。

绿茶中药用绿原酸成分分析

本论文建立了以硅胶G60作为薄层固定相,层析分离(TLC)绿茶中绿原酸,使用紫外分光光度法(UV)定量分析绿茶中绿原酸含量的TLC-UV法。对绿茶中的绿原酸的提取条件、点样量及方法的精密度、准确度等进行了考察。并对绿茶(20010312粤春茶叶厂生产)中绿原酸含量进行了测定,测定结果显示每克绿茶中含绿原酸9.12mg/g。

基于粘结裂缝模型的混凝土细观力学特性模拟

混凝土细观力学特性的数值模拟,很大程度上取决于骨料模型和混凝土裂缝模型的选择是否合理、有效。为此,首先利用块体切割法生成混凝土随机多边形骨料模型;然后对骨料模型划分网格,并通过粘结单元嵌入算法实现了砂浆之间、骨料与砂浆单元间零厚度粘结单元的插入;最后利用Abaqus软件进行了混凝土试件的单轴拉伸数值模拟。结果表明,模拟得到的混凝土抗拉强度值与试验值吻合较好,可见该方法能较好地研究混凝土的力学性能。

桩-土作用下桩间距及桩位对抗滑桩及土体力学特性的影响

为探究桩间距及桩位对桩-土作用下抗滑桩及土体力学特性的影响,以某边坡治理工程为例,采用ABAQUS对不同桩间距及桩位的桩-土有限元计算模型进行数值模拟,分析模型达到临界破坏时的抗滑桩桩身内力及土体力学特性的分布规律。结果表明,抗滑桩的弯矩、剪力与桩间距呈正相关,与桩位距坡脚水平距离呈负相关。其中,弯矩随深度的变化曲线呈“凸”形,剪力呈“S”形;两桩中轴线上土体的x、y方向应力分量的幅值变化随桩间距的增大而减小,间接反映出土拱效应强度不断被削弱;土体x方向的应力峰值受桩位的影响较小,其峰值出现在桩后约1 m的位置;土体x方向的应力峰值出现的位置随桩间距的增大逐渐远离抗滑桩。

基于WebGL的结构有限元在线分析评价可视化平台

针对大型水电工程枢纽主要建筑物运行安全状况难以实时客观掌握,以及目前在线监控系统中快速结构计算平台前后处理可视化展示方面的不足,依托大型水利枢纽工程,研发了一套基于WebGL的结构有限元在线计算分析评价全过程可视化平台。该平台基于第五代HTML标准的WebGL技术,实现了基于Browser/Server架构的结构有限元网格模型交互操作、静动力渗流/应力耦合和整体安全稳定分析、计算结果2D/3D全方位交互展示和测点监测反馈对比等成套功能,可为工程技术人员分析评价建筑物运行安全状况提供科学依据。该平台功能强大、操作简单、可移植性好,试运行效果良好,可广泛应用于不同建筑物在线分析评价和智慧管理平台中。

地质条件及桩间距对桩身土压力的影响

选取某河道边坡相邻的两个钻孔灌注桩作为研究对象,考虑均质土体和复杂土层两种情况,采用有限单元法对桩-土有限元模型进行地应力平衡分析,并通过强度折减法对模型进行折减计算,得到计算终止时不同桩间距的钻孔灌注桩桩身土压力。结果表明:在均质土体的条件下,不同深度的灌注桩桩身土压力受桩间距的影响较为明显,但不同桩间距的灌注桩桩身土压力的变化规律相似,对于桩身整体而言,其所受到的土压力随深度的增加而增大;复杂土层条件下,不同桩间距的灌注桩在土层交界处的桩身土压力突变值成倍数关系。

能源行业水电技术标准全文查询系统正式上线

按照国家能源局的要求,水电技术标准中英文查询平台已由水电水利规划设计总院建设完成,现正式上线运行。截至2018年7月16日,水电技术标准全文公开系统已收录现行有效能源行业强制性水电技术标准7项、现行有效能源行业推荐性水电技术标准148项。