堆石料非线性强度参数概率特征与相关性研究

合理表征堆石料非线性强度参数的统计特征、相关性及概率分布类型是准确评估土石坝工程安全与稳定的关键。详细整理了136座土石坝工程的相关信息,汇总了1309组堆石料非线性强度试验数据,建立了土石坝堆石料非线性强度数据库。分析了堆石料非线性强度参数的统计特征、相关性及最优概率分布类型,并讨论了不同概率分布类型对于堆石料非线性强度参数标准值选取的影响。结果表明:将堆石料非线性强度概率分布类型假定为正态分布或对数正态分布是不合理,也是不准确的;不同概率分布类型对于堆石料非线性强度标准值的选取有显著影响,这种影响随着分位数的增加而减小;堆石料非线性强度参数间存在显著的正相关性,忽略这种相关性,进行土石坝坝坡稳定可靠度研究是不合理,也是不准确的。

基于非线性强度准则隧道开挖变形稳定性分析

隧道是埋置于不同岩土介质内的一种洞室结构体系,结构的安全性易受洞周岩土体特征的影响。掌握围岩变形规律及受力特征,正确评估围岩稳定性,不仅关系到隧道前期设计中开挖、支护方案的选择,而且直接影响隧道施工期间的安全。以新建南沿江城际铁路工程为背景,利用有限差分软件FLAC 3D建立非对称隧道计算模型,分析不同工况下层状岩体的整体变形情况,探讨了不同工况下隧道支护结构的变形和应力特征,以及塑性区分布情况。

高应力下岩石非线性强度特性的试验验证

深埋工程岩体开挖后围岩的强度特性表现出明显的非线性特征。基于室内岩石三轴加载及卸荷力学试验成果,对高应力下岩石的非线性强度特性予以验证,并开展高应力下应力路径对强度参数影响规律研究。采用已有的二次抛物线型、双曲线型、幂函数型等型式的包络线来研究强度特征的非线性,结果表明,幂函数型Mohr准则能够作为在高应力加载和卸荷应力路径下的岩石破坏的强度判据。在低围压下(<10MPa),三轴卸围压破坏强度要小于常规三轴强度;而在高围压下,前者略高于后者。内摩擦角的正切值与等效法向应力的函数关系表明岩样的实际内摩擦角并不是一个不变值,具有幂函数关系的非线性特征,在低应力下卸载破坏内摩擦角要比常规三轴压缩剪切内摩擦角略大,在高应力下则相反;根据Mohr准则中内摩擦角与理论破裂角之间的关系,随着应力增加它们的破裂角均呈非线性衰减并趋向π/4。

高堆石坝非线性强度指标坝坡稳定可靠度分析方法研究及工程应用

证明了按Fs-1和MR-MS两种方式构建功能函数的数学等效性,提出基于邓肯非线性强度准则、简化毕肖普法、中心差分法、一次二阶矩法及Fs-1,MR-MS两种功能函数的非线性强度指标坝坡稳定可靠度分析的新方法,探讨可靠指标β对非线性强度指标的敏感性以及非线性强度指标相关性对β和临界滑弧位置的影响,得到以下结论:(1)按Fs-1和MR-MS两种方式构建功能函数得到的β相差不超过0.5%,由于按MR-MS构建功能函数可以直接计算对随机变量的偏导数,因此,建议按此方式进行可靠度分析。(2)一次二阶矩法的β计算值相对Monte Carlo法的误差小于2%。可靠度灵敏系数反映出β随φ0的增大和Δφ的减小而增大,且β对φ0的敏感性更为显著。由此可见,φ0参数的合理确定对工程的安全和经济性至关重要。(3)φ0和Δφ的相关性对β和临界滑弧的位置影响比较明显。β随相关系数的增大而渐增,最大增幅达15.67%,同时临界滑弧的位置逐渐向坡外移动,表明不考虑相关性的计算结果偏于安全。(4)对双江口土质心墙堆石坝坝坡稳定的可靠度分析证明了所提方法的合理性,各典型工况的最小可靠指标βmin及临界滑弧的位置符合工程实际,坝坡稳定可靠度满足相应规范要求。

基于Copula函数的堆石料非线性强度参数相关性及分布模型研究

堆石料非线性强度参数的不确定性及相关性是影响土石坝坝坡稳定可靠度分析结果的关键因素,但传统的正态分布模型无法准确地表征非线性强度参数的相关非正态分布特征。汇总了国内外124座土石坝工程的1257组筑坝堆石料非线性强度参数,基于Copula函数提出了堆石料非线性强度参数联合分布模型的构建方法。分别采用最小二乘法和BIC准则确定堆石料非线性强度参数的相关系数、最优边缘分布函数与最优Copula函数。结果表明:非线性强度参数间存在显著的正相关性;堆石料非线性强度参数的边缘分布和相关系数相同时,不同的Copula函数构造的联合分布函数差异显著;对于条件累积分布函数,当非线性强度参数取值减小时,基于不同Copula函数构造的非线性强度参数的条件累积分布函数差异越显著;与二维正态分布模型相比,基于Copula函数建立的非线性强度参数非线性强度参数联合分布模型灵活性强、适用范围广,能更准确地表征原始数据的分布情况,可为土石坝坝坡静、动力稳定可靠度分析提供简单、有效的分布模型。

基于双线性强度准则的黄土隧道围岩弹塑性解析解

采用室内三轴试验方法,给出黄土的双线性强度准则;基于该强度准则,推导深埋黄土隧道围岩弹塑性应力和位移的解析解,并与数值模拟结果进行对比,验证其合理性;采用解析解,分析支护反力、强度比(Rb/P0)和洞径对围岩应力场、位移场的影响规律。结果表明:黄土强度包络线具有明显双线性特征;隧道开挖后随径向深度增加,围岩径向应力呈逐渐增加趋势,切向应力呈先增大后减小趋势,且增长段具有双线性特征;黄土结构性强度可在一定程度上减少围岩塑性扰动范围,双线性强度准则相比于传统M-C准则更能体现该特性;随强度比增加,塑性区Ⅱ的范围呈减小趋势,而塑性区Ⅲ的半径不变;随强度比增加,塑性区Ⅱ半径逐渐减小而塑性区Ⅲ半径不发生变化;隧道洞周径向位移与强度比呈负相关关系;塑性区半径、隧道洞周径向位移均与开挖半径呈线性正相关关系。

非线性强度准则下抗滑桩加固边坡稳定性极限平衡分析

考虑到现有极限平衡方法无法揭示非线性强度准则下抗滑桩加固边坡的作用机理,应用土压力理论简化抗滑桩与边坡滑体的力学计算模型,并根据力学平衡条件推导出抗滑桩桩侧有效压力。然后,基于瑞典法所得滑面应力计算式,由边坡安全系数定义建立非线性强度准则下抗滑桩加固边坡稳定性极限平衡解决方案。最后,通过工程实践验证本文解决方案的有效性。研究结果表明:岩土体非线性参数对边坡稳定性有着显著影响,且考虑岩土体非线性时需增加抗滑桩桩长才可确定边坡满足稳定性要求;抗滑桩布置于临近坡脚点位置有利于提高边坡稳定性,但应防止位于抗滑桩上方的边坡滑动体出现局部破坏。工程实例结果表明本文解决方案可有效应用于边坡抗滑桩加固设计。

非线性强度指标坝坡稳定可靠度分析有关问题讨论

基于邓肯非线性强度准则、简化毕肖普法和一次二阶矩法提出一种非线性强度指标坝坡稳定可靠度分析方法。对坝高200m、坝坡1∶1.4的均质堆石坝的坝坡稳定可靠指标β进行计算分析,结果显示:按安全系数和力矩两种方式构建功能函数得到的β差异甚微,一次二阶矩法和Monte-Carlo法的β计算值相差很小;最小可靠指标随非线性强度指标φ0和Δφ的相关系数的增大而增大,而临界滑弧到外边坡线的最大水平距离逐渐减小;β对φ0的均值、变异系数和分布类型的变化较为敏感。建议按力矩构建功能函数并采用一次二阶矩法计算坝坡稳定可靠度,同时应考虑强度指标相关性的影响和合理选用φ0的均值、变异系数和分布类型。

适用于冻土的广义非线性强度准则

冻土与融土的主要区别是冰,温度变化影响着孔隙冰含量,进而影响着冻土的物理力学性质.广义非线性强度准则用一个表达式描述了材料在π平面及子午面上的非线性强度特性,其在主应力空间的π平面上的破坏函数为介于SMP准则和Mises准则之间的光滑曲线,子午面上的破坏函数为幂函数曲线.在该准则的框架下,通过国内学者已取得的冻土材料的三轴试验结果,研究冻土子午面上各参数随温度变化的规律,并验证该强度准则对于冻土材料的适用性.

动车组排障器结构非线性强度计算和试验验证

针对某动车组排障器的结构特点及材料的力学性能,建立排障器三维有限元分析模型,定义接触关系,考虑摩擦系数,进行预紧力及纵向压缩工况的接触非线性强度计算,给出了排障器的应力分布,计算得出各部件及焊缝安全系数均大于1.2,并进行试验验证,将仿真结果与试验数据进行对比分析,发现应力较大点发生在纵向螺栓连接件附近的焊缝处,其它部位焊缝应力值不大,两者整体的的变化趋势基本一直,误差范围在10%以内,表明计算建模的可靠性,为今后模型的优化改进方案提供参考依据。

基于非线性强度准则的城市固废本构模型

考虑到城市固体废弃物(MSW)抗剪强度常具有非线性的特点,建立了一个基于幂函数形式的强度准则.并据此分析了该准则转换为线性Mohr-Coulomb准则时摩擦角的变化规律.结果表明,该准则能合理反映内摩擦角随围压增大而降低的特性.基于幂函数强度准则,采用增量硬化准则建立屈服函数,并通过构建合理的塑性势函数,建立了一个非相关联流动法则的固废弹塑性本构模型.通过对固废三轴固结排水试验结果模拟表明,所建立的本构模型不仅能合理模拟应力-应变关系,亦能正确反映其体变特性.

基于广义非线性强度准则下地基承载力的计算

Mohr-Coulomb理论应用于土体分析时的两大缺陷,即未考虑中主应力的影响,也未考虑土体材料的SD效应,因而对于土体材料的潜能未充分考虑。为了考虑上述两种效应,本文基于广义非线性强度准则(GNST)及平面强度理论,推导出了可应用于砂土及粘土类材料的平面应变破坏条件。将上述推导结果应用于地基承载力的计算,推导出了基于GNST准则的地基承载力计算公式。通过与实际载荷试验数据比较,本文计算结果与实验数据吻合较好。表明推导出来的α公式对于计算砂土的强度特性是可行的,同时也可应用于其他平面应变问题有同样的参考意义。

高堆石坝非线性强度指标坝坡稳定可靠度研究

基于现有的堆石坝坝坡稳定性可靠度分析方法,研究了堆石坝非线性强度坝坡稳定可靠度分析的有关方法,将简化毕肖普法和验算点法结合,并编制了相应的计算程序。对某高堆石坝坝坡进行了非线性强度指标可靠度分析,结果表明,高堆石坝按可靠度理论进行非线性强度指标坝坡稳定性分析是合理可行的,是对传统安全系数法的有益补充。

考虑非线性强度指标的面板堆石坝坝坡稳定可靠度分析

采用非线性强度指标按简化毕肖普法给出的抗力弯矩和滑动弯矩定义坝坡稳定可靠度分析的功能函数,并应用一次二阶矩法计算可靠指标,提出了一种混凝土面板堆石坝坝坡稳定可靠度计算方法,以某面板坝坝坡为例进行了稳定可靠度分析。结果表明,各工况上、下游坝坡及深层滑动的最小安全系数均满足《碾压式土石坝设计规范》的要求,最小可靠指标除地震工况下游坝坡外都满足《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》的要求;安全系数和可靠度计算结果的总体规律一致,但在某些情况下有较大差异。对于重要工程,建议同时进行安全系数和可靠度分析。

非线性模型的非线性强度及其在变形分析中的应用

介绍了Bates和Watts的非线性强度度量指标———最大固有曲率和最大参数效应曲率 ,提出了当模型固有非线性不显著而参数效应非线性显著时 ,利用M .J.Box提出的偏差计算和模拟研究重新参数化的方法 .结合某实测边坡的变形监测资料 ,选用非线性模型lt=α - βexp( -γtδ) +εt 描述边坡变形规律 .对该边坡上 73个点的监测资料分别进行非线性回归计算 ,发现其中大部分点不能收敛于LS估计 ,该模型有较强的非线性特性 ;研究该模型的非线性性态时 ,发现其最大固有非线性曲率不显著 ,而模型的最大参数效应曲率非常显著 .模拟结果表明 ,估计量类似对数正态分布 ,因此 ,用新参数=-lgγ对模型重新参数化 .用重新参数化后的模型对该边坡的实测资料进行回归计算时 ,只有 4个点未能收敛于LS估计 。

广义非线性强度理论形状参数研究

姚仰平等提出的广义非线性强度理论,将各种摩擦材料的非线性强度理论统一起来,使统一后的非线性强度理论能够合理地反映各类摩擦材料的强度特性。在广义非线性强度理论体系中,形状参数α是影响在π平面上破坏曲线形状的重要因素之一,因此,需要对形状参数进行如下研究:(1)将广义非线性理论应用于各类砂土中,根据其在π平面上破坏曲线特性,在判断该破坏曲线凹凸的基础上,得到砂土形状参数α临界值与破坏应力比参数Mf之间的关系;(2)通过对几个经典砂土真三轴试验结果的整理,验证广义非线性强度理论对砂土破坏特性的预测能力,并在此基础上建立该理论中形状参数α和破坏应力比参数Mf的线性关系。因此,在实际应用时,仅通过三轴压缩试验即可得到三维应力条件下的强度包线。

气动元件流量特性扩展公式非线性强度分析

针对表征气动元件流量特性的扩展公式,特别是增加亚声速指数后,难以稳定和准确地辨识气动元件流量特性参数的问题,提出在实际测量数据的基础上,计算它的固有曲率和参数效应曲率,分析该扩展式的非线性强度的方法。通过建立截面t图刻画了单个参数变化规律的置信区间,为准确计算和分析某些气动元件流量特性参数提出了新的途径。

非线性强度下的边坡稳定性

解释土体强度非线性的物理本质,结合常规直剪试验、三轴试验结果,给出了几个非线性强度准则的确定方法,其中,强调优化处理的作用。接着,基于Janbu普遍条分法,运用SPREADSHEET模板程序,提出一个能将非线性强度准则逐点等效到Mohr-Coulomb直线强度准则处理上的迭代方法,准确方便地获得了非线性强度下的边坡稳定性分析。最后的算例展示方法的使用过程。

非线性滤波的非线性强度和估计性能的度量准则

给出一种基于广义均方误差的非线性滤波问题的非线性强度的定量化的度量指标,通过模拟算例验证了该度量指标的可行性。

度量非线性滤波的非线性强度和估计性能准则

给出了一种基于广义均方误差的定量描述非线性滤波问题的非线性强度指标。利用该指标亦可评判非线性滤波算法的估计性能,从而可方便地选择合适的滤波算法。通过两个模拟算例验证了该判定准则的合理性和可行性。