基于蛙跳优化算法的土石坝邓肯-张E-B模型参数反演

邓肯-张E-B模型常用来刻画土石坝本构关系,对其参数进行准确估计是实现土石坝应力应变分析的前提。本文针对工程中通过三轴试验确定其参数所存在的不足,着重阐释了群智能蛙跳优化算法在反演土石坝邓肯-张E-B模型参数中的应用,结合实测资料,通过正分析,证明了蛙跳优化算法在E-B模型参数反演中的合理性,以期为其他工程提供借鉴。

冻融条件下冰碛土力学特性试验及模型研究

青藏高原地区的冰碛土多处于季节性冻土区,而冰碛土在冻融循环作用下,容易引发地质灾害和影响工程建设,因此研究冻融循环作用后冰碛土力学性质和强度劣化对该区域工程的安全建设有重大的意义。对藏东南地区冰碛土开展冻融循环后的三轴压缩试验,并采用邓肯-张模型及修正邓肯-张模型对冻融后冰碛土的适用性进行验证,同时探讨了模型参数与冻融循环次数的关系。结果表明:(1)高围压下,冻融后试样表现出更明显的应变软化现象;(2)冻融循环次数与土体内摩擦角无显著相关性,而黏聚力呈负指数型函数衰减,这与直剪试验结果一致;(3)采用邓肯-张模型预测冻融作用下冰碛土的应力-应变曲线,低围压下模拟精度较高,模型参数K和冻融循环次数呈负指数函数关系;(4)修正邓肯-张模型可以较好反映试样的应变软化特性,但对于试样破坏后的残余强度阶段,理论值与试验结果相差很大,可靠度低。该研究以期为寒区工程建设提供基础性参考。

考虑岩土特性的心墙堆石坝坝基廊道断面优选方法

基于大型有限元软件ANSYS平台,采用APDL语言编写参数化控制的邓肯-张E-B模型计算程序模块,制定堆石坝结构计算流程,并通过具体算例验证程序的正确性,在此基础上对某在建水电站心墙堆石坝坝基廊道进行三维线性和非线性有限元分析,优选廊道断面型式。结果表明:在大型有限元软件平台上进行邓肯-张E-B本构模型的二次开发是可行的;外围岩土的材料特性对廊道受力状态影响很大;不同底板衬砌厚度对廊道应力的影响较大,随着底板厚度的增加,廊道底板表面最大拉应力数值逐渐减小,而拱顶内侧拉应力则呈现先减小后增大的趋势,综合廊道变形、应力、破坏区域及经济性来看,推荐采用城门洞形断面,同时底板厚度1.8 m~2.0 m。该方法通用性强,操作简便。

稻草加筋红黏土静力特性试验研究

通过静三轴试验,研究了不同的加筋率、加筋长度以及含水率条件下稻草加筋红黏土的静力特性,并采用邓肯-张模型拟合其应力-应变曲线。结果表明,掺加稻草加筋红黏土的黏聚性明显提高,但内摩擦角的改变不明显;在相同围压下,加筋土的偏应力随着加筋率和加筋长度的增加先增大后减小,且稻草加筋红黏土存在最佳加筋条件,即加筋长度为20 mm,加筋率为0.2%;邓肯-张模型的计算值与试验值拟合度较高,表明其适用于稻草加筋红黏土。

某水电站面板堆石坝三维有限元变形分析

旨在给面板堆石坝的设计提供有效的技术参数,提出了科学合理的坝体分区以及面板与分缝的结构形式,数值模拟了面板堆石坝三维渗流问题,利用邓肯-张E-B模型,基于有限元分析软件ANSYS提供的二次开发程序,分析了混凝土面板堆石坝竣工期和蓄水期的应力变形.计算结果表明:蓄水期坝体最大横断面最大计算沉降约为147.5cm,约为坝高的1.2%,坝体最大主应力约为2.33 MPa,面板的挠曲变形最大值约为14.88cm,坝体的应力和变形以及面板的变形均较小;岸坡地形对坝体和面板的应力变形有着明显的影响,右岸陡边坡及凸山梁,引起坝体和面板的变形梯度均较其他部位大.运用ANSYS模拟面板堆石坝三维渗流的应力应变合理可行.

黄土邓肯张模型有限元计算参数的试验

为配合有限元计算分析的需要，从工地现场取样，进行了黄土的室内三轴试验，并对试验结果进行了分析，得到了邓肯-张非线性模型有限元计算的8个参数。黄土的有限元参数随着试样的压实度和试验时围压的不同而变化。在含水量保持不变的情况下，邓肯-张E～μ模型的8个参数中，参数K、n、Rf、C、φ、G均随压实度的提高而增大；F、D随K的变化规律不明显。在含水量和压实度保持不变的情况下进行三轴试验，土样的（σ1-σ3）f、（σ1-σ3）ult、Ei、Rf均随σ3的增大而增大，μi随σ3的增大而减小，D随σ3变化的规律不明显。

面板堆石坝防渗面板受水库结冰影响的数值模拟

为分析严寒地区混凝土面板堆石坝防渗面板受水库结冰影响,在考虑坝体填筑及水库降蓄水过程的基础上,通过施加静冰压力,研究了水库结冰对面板堆石坝坝体及面板的影响,并以西龙池抽水蓄能电站为例进行了分析。数值模拟采用有限元分析软件ANSYS,并利用其中的APDL二次开发功能,编制了邓肯—张E-B模型程序,用以建立坝体和坝面材料的应力应变关系,模拟加载卸载过程中弹性模量的变化,以得到冰荷载单独作用于面板及坝体的结果。研究结果表明,冰荷载前后对坝体的应力、应变和位移影响几乎可忽略不计;中间水位时,冰荷载对薄板的主应力值影响最大。研究为防渗面板采取相应的抗冰冻措施提供了依据。

基于Biot理论的沙井地基固结沉降分析

将非线性弹性本构关系(邓肯-张模型)引入Biot固结理论有限元程序,把砂井地基等效为砂墙,并模拟实际施工中分级加载过程,采用平面应变有限元方法对其固结沉降与超静孔隙水压力消散的规律进行研究。与实测结果的对比表明,平面有限元方法可较准确的预测沙井地基的固结沉降,并能有效模拟分级加载过程中地基沉降与超静孔隙水压力消散的规律。该方法对确定软土地基上的路堤施工进度和路面铺设时间都具有较高的应用价值。

张家港细砂邓肯-张模型参数研究

本文对张家港塘桥镇第Ⅱ承压含水层不同深度的细砂样的变形性质进行了初探,利用常规三轴排水剪切试验研究了这组细砂样的变形性质,并选择运用邓肯-张非线性弹性模型模拟其变形计算得到了10个模型参数,利用该模型对该组细砂应力-应变关系和泊松比进行了模拟计算,并将模拟结果和实际试验结果进行了对比,从而对于该地区的地面沉降模型参数获取和岩土工程数值计算提供参考。

粘土心墙堆石坝应力应变有限元数值分析

采用平面应变有限元方法模拟分析了老君山粘土心墙堆石坝施工、蓄水过程中的应力应变,应用邓肯—张E-B非线性本构模型模拟粘土心墙、坝壳、反滤层材料,分级加载模拟了坝体的施工和蓄水过程。计算结果表明,加强施工填筑管理能确保大坝安全可靠。

深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝二维有限元分析

新疆托帕水库沥青混凝土心墙坝位于深厚覆盖层上。采用邓肯-张E-μ模型对大坝进行二维有限元计算。结果显示,大坝变形值及分布规律是合理的,大坝及心墙的应力水平小于1,不会破坏,大坝是安全稳定的。结果可为工程建设提供理论依据。

筑坝堆石料邓肯-张模型参数确定方法的改进

针对目前常用的邓肯-张模型参数整理方法计算的初始模量离散等问题,进行了4组堆石料大型三轴试验研究,建议了一种新的模型参数整理方法。试验结果表明:ε_a/q-ε_a(ε_a为轴向应变,q=σ_1-σ_3为偏应力)的试验点在低应力水平和高应力水平有明显偏离直线关系的趋势,导致目前常用的参数整理方法计算的初始模量离散性较大。考虑到坝体关注的主要应力水平在75%以下以及低应力水平受装样引起的超固结的影响,建议根据应力水平50%和75%两点求取初始模量和破坏比;破坏比R_f并非常数,R_f随围压σ_3的增大逐渐减小,且lg(R_f)与lg(σ_3/pa)呈良好的直线关系。反演结果表明,在邓肯-张模型中考虑围压水平对R_f的影响,能更好的反映较高围压范围条件下堆石料的应力应变特性,建议当进行超高土石坝静力分析时应考虑R_f的围压相关性。

基于三轴试验红层泥岩的邓肯-张模型参数研究

兰州地区红层泥岩形成于干旱、半干旱环境,其物理力学特性与其他地区的红层泥岩不同。以G6京藏高速兰海养护维修工程的红层泥岩路基填料为研究对象,通过大量的常规三轴试验,研究含水率对其力学特性及邓肯-张模型参数的影响。结果表明:在不同含水率下兰州地区红层泥岩的应力-应变曲线关系符合双曲线模型。含水率小于最优含水率时,破坏形式为剪切破坏;含水率大于最优含水率,破坏形式为鼓状破坏;随着含水率的增加,黏聚力和内摩擦角逐渐减小,内摩擦角减小的幅度更大,究其原因是含水率对黏聚力和内摩擦角的影响机理不同而导致。采用数学模型进行拟合发现:黏聚力、内摩擦角与含水率分别呈二次抛物线与对数曲线关系。不同含水率下邓肯-张模型参数破坏比R_f在区间(0.869,0.984)内波动,K值随含水率增大而减小呈负线性关系,n值随含水率的增大而增大呈线性关系。

中主应力对邓肯-张模型影响的真三轴试验研究

邓肯 -张模型由于试验参数少 ,其物理意义明确 ,在很多理论计算、设计和实际工程中仍然广泛运用。但它的一个较为突出的局限性表现在其忽略中主应力的影响。对于土体来说 ,到底中主应力对邓肯 -张模型有多大的影响 ,就此问题 。

不同岩性堆石料三轴试验参数分析

开展了不同围压下软岩和硬岩两种堆石料的室内三轴试验,并对得到的邓肯-张和南水模型参数进行分析,发现不同岩性的两种堆石料均在低围压时表现为应变软化和剪胀特性,高围压时表现为应变硬化和剪缩特性;邓肯-张和南水模型在不同岩性堆石料的剪切强度、弹性模量和体变模量反映上均有差异,模型试验参数均可用于堆石坝的应力、应变计算分析。邓肯-张模型表达式和参数的拟合方法均比较简单、直观,参数的物理概念明确,虽易于被工程师接受和应用,但不能反映堆石料的剪胀特性;南水模型的剪切强度和弹性模量参数取值与邓肯-张模型一致,但在体变模量参数上与邓肯-张模型有别,能更为准确地反映堆石料剪胀特性。另外还发现,采用不同围压三轴试验结果整理得到的模型参数存在明显差异,低围压下三轴试验获得的模型参数用来预测高堆石坝变形得出的结果偏小。从工程安全的角度出发,建议采用高围压下堆石料三轴试验得到的模型参数来预测高堆石坝变形。

防渗墙施工工序对墙体应力变形影响规律的研究

结合实际工程,采用非线性有限单元法,开展深覆盖层混凝土面板堆石坝防渗墙应力变形性状研究,分别对比分析3种不同施工工序情况下防渗墙在竣工期和蓄水期应力变形性状,总结出防渗墙的相关应力变形规律,并给出了相应工程建议,具有较为重要的学术意义与工程应用价值。

楼庄子水库黏土心墙坝应力应变分析研究

针对楼庄子水库工程黏土心墙坝,采用Autobank软件中的邓肯-张双曲线E-B非线性材料模型对其进行应力应变计算分析。计算结果表明:大坝施工期、运行期的最大竖向位移均小于坝高的1.0%,发生在1/2心墙高度靠下位置,坝体内无应力破坏区,运行期黏土心墙不会产生水力劈裂破坏,混凝土防渗墙满足应力变形要求。分析结果证明:坝顶沉降量满足土石坝设计规范要求。坝体应力和应变计算结果与土石坝坝体变形规律一致,结构具有一定的安全系数,坝体剖面设计合理可行。计算分析结果可为同类工程设计应用提供参考。

基于ANSYS的深覆盖层混凝土面板堆石坝应力变形分析

为研究深覆盖层上的混凝土面板堆石坝应力变形特性,以察汗乌苏混凝土面板堆石坝为例,对堆石体采用Duncan Chang E-B本构模型,基于ANSYS软件使用有限元法对大坝进行模拟分析,得到坝体及混凝土面板在3种工况下的应力及位移分布结果。计算结果表明,随库水位增加,坝体大主应力逐渐增大而小主应力逐渐减小; 3种工况下在X向上游坝体发生逆流向横向位移且随库水位增加而减小,下游坝体发生顺流向横向位移且随库水位增加而增大,在Y向坝体均只发生向下的位移变形,随库水位增加变化不大;竣工后面板大主应力主要为压应力且随库水位增加而增大;竣工后面板由于发生横向变形而出现鼓起脱空现象,随库水位增加至正常蓄水位脱空现象逐渐消失,在Y向面板均只发生向下位移变形且随库水位增加而增大。

基于ANSYS的优化邓肯—张模型计算程序模块开发及面板堆石坝应力变形分析

针对邓肯-张模型在面板堆石坝有限元计算中不能反映中主应力对堆石体强度和变形的影响,利用APDL语言对ANSYS进行二次开发,开发出邓肯-张E-B模型及其优化模型的计算程序模块。分别采用邓肯-张E-B原始模型及其优化模型对云南省某面板堆石坝进行三维有限元静力计算,结果显示由优化模型计算得到的坝体沉降减小、水平位移减小,而应力变化较小;优化模型的计算结果更接近实际值。可见考虑了中主应力的优化邓肯-张E-B模型可更好地反映面板堆石坝的应力变形特性。

级配和密度对西藏拉洛水利枢纽堆石料力学特性影响研究

堆石料的力学特性与其密度、级配等密切相关。鉴于此,通过对西藏拉洛水利枢纽工程的雪日巴唐料场及塔曲漫滩料场的两种筑坝砂砾石料,开展7组不同级配和密度组合的大型饱和固结排水三轴试验,结合粗砾、中砾、细砾粒组的固体颗粒几何参数,分析了不同级配和密度组合对筑坝堆石料强度变形特性的影响规律。研究结果表明:(1)整体而言,与堆石料强度变形特性指标关系最为良好的是中粗砾颗粒总个数,粒径大于5 mm颗粒个数越多,堆石料强度越大,刚度越大;(2) 5~60 mm固体颗粒个数越多,邓肯-张模型参数φ、Δφ,K,K,m越大;即粒径大于5 mm颗粒个数越多,堆石料强度越大,刚度越大;(3)邓肯-张E-μ模型参数G,F,D与粒组固体颗粒几何参数无明显规律。