高土石坝填筑过程的精细化模拟方法

土石坝在所有坝型中一直占据着重要的地位,在高土石坝建设中结合实际碾压情况的填筑过程模拟,对土石坝的安全建设和长期稳定具有重要的指导意义。为更加精细地模拟土石坝的填筑施工与蓄水过程,其有限元计算的网格尺度目标应为与填筑厚度相当的米级。当前进行土石坝米级网格大规模计算的主要难点在于网格剖分、总体刚度矩阵的存储及并行计算方法、方程求解等。在C编程语言的框架下采用逐步加密方法实现了土石坝米级网格剖分,改进了总刚存储与计算、有限元求解等过程,最后采用1 m级网格对一典型的200 m心墙堆石坝进行了填筑过程模拟,计算结果符合土石坝的一般规律。

土工离心模型试验中路堤分层填筑装置的研制

为了完善土工离心模型试验中的路堤填筑模拟技术,研制了一套在离心机运转条件下可编程控制的路堤分层填筑装置,其由箱式储砂结构、泄砂推拉机构、步进电机控制系统和摄像系统组成.采用步进电机-行星减速器-滚珠丝杠的组合方案实现大扭矩、高精度动力输出,使低摩阻、小变形的泄砂层与上部储砂结构前后错动,分隔于储砂结构内的高密度锆砂经承力底板上不等径、不等距泄砂孔定量下泄;通过在泄砂孔边缘加装折线形导流板,显著减弱离心场中Coriolis效应对下泄砂粒运动轨迹的影响,降落至地基面预设区的砂粒分层堆积为形状规整的路堤.试验表明,研制的填筑装置在60g离心加速度下,能模拟最小分层厚度20 mm的路堤填筑过程,模型横断面与设计面积相对误差为0.50%~9.50%,实现了模型与原型路堤在几何、密度和强度等方面的相似,具有系统可靠、结构紧凑、功能完整等技术特点.