500 kV SF6断路器复合绝缘套管绝缘介质液化电场研究

为研究复合绝缘子套管中的SF6气体发生液化对套管内部电场分布的影响,采用电流场有限元法对内部电场进行了求解分析。基于某项目中复合套管参数建立了3D实体模型,假设在重要部位出现液滴进行工频瞬态电场计算,得出整体电场强度分布规律和液滴周围电场强度分布规律。研究发现,轴对称方法不再适用于SF6液化情况的分析。结果表明,液滴会导致附近电场强度增大,且液滴介电常数越大电场强度越高,电场强度随液滴参数变化最大可能变为原场强的3倍,当液态SF6的介电常数高且SF6填充压力低,产生过电压时可能会形成击穿。另外,在地电位屏蔽上发生液化并引起放电的可能性最高,需要额外的加热措施或更换填充气体为SF6-N2气体。

基于滑移线场理论的边坡滑裂面确定方法

发展了一套基于滑移线场理论,并根据有限单元法的计算结果来确定边坡滑裂面的数值模拟方法,在此基础上研究了流动法则对边坡稳定分析的影响。该方法可以考虑弹性区与塑性区的区别,并可以考虑不同的流动法则。给出了滑移线方向场数值模拟的具体方法和由滑移线方向场追踪滑移线的方法,提出安全系数最小的滑移线即为边坡的滑裂面。算例证明了方法的有效性。研究结果表明,对于无约束的天然边坡,自重作用下其安全系数受流动法则的影响较小,而滑裂面的位置随流动法则的不同而不同;当坡顶有荷载作用时,尤其是边坡的稳定性主要由坡顶荷载决定时,无论是安全系数还是滑裂面,流动法则的影响均很大,采用相关联流动法则可能会高估边坡的稳定性。

可液化地层中地铁隧道地震响应数值模拟及其试验验证

饱和砂土地层中的地下结构在地震作用下可能因地基液化而发生破坏。采用动力固结两相体有限元程序DIANA SWANDYNE-II对可液化地层中地铁隧道结构的地震响应进行了模拟,并与动力离心模型试验结果对比以验证其效果。选用广义塑性模型Pastor-Zienkiewicz III模拟可液化土的动力特性,基于Biot方程的u–p形式建立有限元方程,进行饱和土动力固结的耦合计算。计算表明,该数值模型可较合理地模拟地下结构的地震反应特性,计算结果与试验现象基本相符。地基液化引起的结构附加内力及隧道上浮主要受地基液化时土水压力变化的影响,截断墙的设置可有效减轻隧道结构的上浮。

堤防地基地震液化的数值模拟

基于Biot动力耦合理论,采用一个经过广泛验证的砂土循环弹塑性本构模型,建立了平面应变条件下土堤地基的地震液化数值模拟方法。以某河流堤防的实际工程为例,应用该方法对土堤地基的地震液化进行了数值模拟,并对地震作用下的超孔隙水压力、加速度、位移等动力反应进行了计算分析,得到了一些对于抗震分析有用的结果。

液化场地桩-土-结构动力相互作用的有限元分析

基于Biot两相饱和多孔介质动力耦合理论,采用有效应力方法对液化场地桩基础的地震反应进行了三维有限元分析。在饱和液化砂土的循环塑性模拟中,采用了超固结边界面、Armstrong-Frederick型非线性运动硬化准则和非关联流动准则来描述动荷载作用下砂土的循环活动性以及液化强度等特性。对于桩的动力本构行为,则采用了可以考虑体积效应和轴向力影响的梁—柱单元来模拟。以某城市高架桥的实际工程为例,应用该方法对地基液化时桩—土—结构的动力相互作用进行了计算分析,并得到了一些有用的结论。

栈桥式构筑物抗震性能动态离心模型试验的数值模拟

强震动条件下液化土同构筑物的相互作用问题具有非线性和复杂性等特点,基于动态土工离心模型试验应用有效应力动力有限元来研究,即应用非线性动力有限元FLIP解析土工离心模型试验结果,对比分析来再现建于液化土地基上的实际栈桥式基础在大地震下的破坏程度、状态和机制,取得了较好成果。

深厚覆盖层上高土石坝的动力稳定分析

在高地震烈度区修建深厚覆盖层上的高土石坝面临许多新问题,如大坝的动力稳定、坝基液化问题等。以直粘土心墙及坝基截渗墙土石坝为例,采用三维动力固结有限元方法,研究强震区深厚覆盖层上的高土石坝的动力稳定问题。三维动力固结有限元程序以动力固结方程为基础,采用能够反应土体非线性、滞后性以及不可恢复性动变形特性的拟等效弹塑性本构模型,放弃了动孔压上升模式,在震动全过程中跟踪孔隙水压力产生、扩散和消散的发展变化,实现了动力渗流与动力反应分析的真正耦合,可较好地反映土体在地震过程中的实际性态,避免了动本构模型与动孔压模型有时难以合理搭配的问题。计算结果表明,深厚覆盖层上修筑的直心墙土石坝的静应力和静位移均较大,但它的动应力、动位移及加速度的反应值却均较小,且坝底的孔压比也较小,可满足稳定性要求。

基于液化判别的尾矿坝动力稳定性分析

在连续降雨并输入水平、竖直方向地震波的工况下,模拟尾矿坝坝体的动力反应,分析坝基覆盖层和尾矿砂层的液化情况,提出一种考虑液化区域影响的尾矿坝动力稳定性计算方法,并将此方法用于海口镇尾矿坝下游坝坡的动力稳定性分析中。结果显示:连续降雨时的动力稳定安全系数比无降雨时低0.07左右,考虑液化区域的动力稳定安全系数比不考虑液化区域的小0.10左右。

可液化土中地铁结构的地震响应

在饱和土耦合作用与土和结构相互作用理论基础上,以地铁车站为例,用有限元法研究地下结构在地震液化作用下的响应。所采用的软件为动力两相体非线性有限元软件 Dyna-Swandyne-II,该软件可以应用先进的 Pastor-Zienkiewicz III 广义塑性模型模拟可液化土的动力特性,应用 u-p 形式的 Biot 方程,在有限元分析中充分考虑孔隙水与土之间的耦合,同时考虑地下结构与饱和土在动力作用下的非线性相互作用。分析了地铁车站的动力响应,包括地铁内力、加速度以及地铁位移。研究结果表明,地铁结构在地震液化作用下会产生较大的上浮,从而对结构造成比较严重的破坏;地铁结构在地震作用下的最大内力位于结构的交接处。因此,结构交接处的配筋应该格外小心。

厦门典型地基土的地震反应分析与评价

为评价厦门地基抗震的稳定性,用有限元法对4个典型场地进行了地震反应分析,并用《建筑抗震设计规范》(GB50011–2001)推荐的方法和振动台模型试验结果作了综合评判。第1场地包含1层填土、2层砂土和1层软土,第2场地为厚10 m的填土,第3场地为厚26 m的软土,第4场地为厚15.5 m的饱和含泥中粗砂。各种土的本构关系都采用等效非线性模型,用提出的孔压模型计算砂土的动孔压变化,用模量软化法计算地基永久变形;模型参数主要来自研究成果。场地用八节点等参元剖分,采用单元集中质量矩阵和瑞利阻尼矩阵,用Wilson-θ法和波前法求解动力反应方程。共分析了20种工况:包括3种输入地震波(2种厦门天然波和松潘波)、3种地震加速度峰值(0.15,0.2和0.3 g)、4种静荷载强度(0,50,100,150 kPa),得到了各场地的变形场、孔压场、震陷量、隆起量和液化等级。研究结果表明:在强震作用下,填土地基的震陷量较小,对环岛路影响不大;深厚软粘土地基震陷量较大,从局部剪切破坏向整体剪切破坏发展;埋藏较浅的砂土会发生液化。研究成果对厦门市的地基抗震决策有重要参考价值。

碎石桩复合地基的液化判别方法

针对目前适用于碎石桩复合地基液化判别方法相对缺乏的现状,依据碎石桩复合地基中地震剪应力按碎石桩和桩间土刚度不同来分配的思路、以Seed剪应力法和美国NCEER协会推荐的抗液化剪应力比公式为基础,提出适用于碎石桩复合地基的液化判别方法,并采用有限元数值模拟方法模拟了地震中碎石桩复合地基桩间土的剪应力变化。模拟分析结果表明,在打设碎石桩后桩间土的地震剪应力小于打设碎石桩前的地震剪应力,说明刚度较大的碎石桩分担了较大的地震剪应力,而刚度较小的桩间土分担了较小的地震剪应力。最后对比了有限元数值模拟结果、我国规范法判别结果和本文方法的判别结果,得出本文方法可以作为一种碎石桩复合地基的液化判别方法。

土体液化过程中桩-土动力相互作用p-y曲线模型

桩-土动力相互作用分析是解决液化场地桥梁桩基抗震设计问题的有效途径。鉴于此,本文依托OpenSees有限元数值模拟平台,分析了桩径、孔压比、砂土相对密度等因素下砂土动力p-y曲线的变化规律,建立了不同孔压比下砂土的动力p-y曲线簇,提出了动力p-y曲线骨干线的修正方法;最后,以孔压比为控制因素,发展了能够表征土体液化过程的动力p-y曲线模型。研究结果对液化场地桩-土动力相互作用分析具有重要借鉴意义。

徐州市棠张镇铁路路基液化性能研究

依据已有的孔压增长模型和动三轴试验参数,采用有限单元法,对徐州市棠张镇铁路路基可液化场地进行了地震反应分析。按孔压比和最大往返剪切作用面上的动剪应力比较法划分了饱和粉土层的液化区域,并结合标准贯入试验判别结果、剪切波速判别结果以及Seed-Idriss简化法判别结果,对该场地粉土层的液化性能做出了综合评价。

可液化场地地震反应完全耦合动力分析及其验证

目前完全耦合的动力分析方法在液化场地地震响应分析上应用较少,本文利用完全耦合的动力分析方法,模拟了0.15 g和0.5 g加速度输入下的自由液化场地振动台试验以及实际液化场地的地震动变化情况。利用修正的Pastor-Zienkiewicz Mark-III模型来模拟砂土在地震荷载作用下的液化特性,并详细叙述了该模型参数的选取过程。分析结果表明:该方法能够较好模拟液化场地地表加速度和孔压比时程的变化规律,模拟出的地表加速度反应谱在整个频域内与实测的地表加速度反应谱呈现相同的变化规律。同时,也说明了本文选用模型参数方法的合理性。

液化侧向流动场地桩基动力反应振动台试验三维有限元数值模拟方法

将饱和砂土模拟为两相介质,采用水-土动力耦合理论建立的u-p有限元公式,表示水的孔压、土颗粒的变形,以及二者之间动力耦合关系。砂土采用新近基于多屈服面塑性理论发展的土的动力弹塑性本构模型模拟,砂土划分为20-8节点的水土耦合实体单元。针对土箱整体微倾2°的大型振动台试验,建立液化侧向流动场地桩-土动力相互作用分析的三维非线性有效应力有限元数值模型。对比得到,有限元数值分析结果能够与振动台试验结果吻合较好,数值结果可以较好地显示试验中桩和土的重要动力特性。通过校正的数值模型,可进一步考察液化侧向流动场地桩-土动力相互作用的影响因素。

灰坝的排渗结构形式

结合上安电厂向阳沟灰场灰坝加高工程,采用有限单元法对灰坝坝体5种排渗方案的渗流计算结果进行了对比,建议了灰坝排渗的结构形式,并用动力计算方法验证了该排渗结构的可行性.

多布水电站砂砾石坝动力分析研究

对多布水电站覆盖层中的第6层砂层进行地震液化分析,判断该层是否存在地震液化的可能;通过平面有限元动力分析,进行了3个坝基砂层地震液化处理方案在动力条件下的应力变形性状差别的比较,提出了满足规范要求的坝基地震液化处理方案和砂砾石坝标准横剖面设计;通过三维有限元静力分析和动力分析,进一步论证了推荐的坝基砂层地震液化处理方案在动力条件下的合理性,为多布水电站砂砾石坝设计提供了依据。

致密砂岩水压瞬态致裂液化格子波尔兹曼及有限元数值研究

水压瞬态致裂液化在地应力测量、地震破坏评估和机理研究、油气(天然气、页岩气)及地热资源开发等地学领域都具有重要的理论和应用价值。自20世纪60年代至今在理论和实际应用方面取得了一些奠基性和开创性成果,但鉴于问题复杂性,瞬态致裂液化机理至今尚不清楚。本研究应用格子波尔兹曼及有限元多孔介质流固耦合物理模型,对地震波载荷作用下致密砂岩水压瞬态致裂液化过程进行数值模拟研究。首先,以鄂尔多斯盆地某油田延长组致密砂岩为例,利用X射线CT断层成像技术,应用基于量子力学第一性原理格子波尔兹曼方法,建立致密砂岩数字岩芯模型。进而,推导格子波尔兹曼及有限元多孔介质流固耦合数值模型公式,建立致密砂岩水压致裂液化物理模型。最后,应用地震波载荷边界和初始条件,模拟瞬态致裂液化流固耦合过程,讨论了地震波载荷幅值、频率及作用时间对致密砂岩孔隙结构(孔隙度大小及连通性)、致密砂岩破裂最大主应力之间关系,得到了地震波作用下致密砂岩致裂液化准则。

土层非线性动力有限元分析中孔压计算及液化判别

本文基于有效应力路径和损伤指数概念 ,提出了一个能实时计算孔压和分析液化问题的二维有限元程序。本程序考虑了随机地震作用对土的损伤 ,并讨论了损伤指数与振次比的关系。在此基础之上 ,提出了随机地震作用下孔压计算的简化方法。本文提出的孔压增长方程形式简洁 ,变量物理意义明显 ,能够计算任一时刻土体单元的累积孔压。本法具有以下特点 :(1)孔压的实时计算并能反映峰值应力对孔压的影响 ;(2 )考虑了土体的循环软化 ;(3 )孔压和液化判别更为清晰、简洁。