单桩静载试验下桩的变形特征研究

为了研究竖向荷载作用下桩的变形特征及桩身内力的分布规律,本文基于现场单桩静载试验及数值模拟研究了桩的Q-S曲线特征及桩的内力分布形态。结果表明：(1)当荷载级别达到130 t时,桩的侧壁摩阻力未能充分发挥作用。因此单桩的极限承载力远大于设计值;(2)数值模拟得到的单桩桩顶最大沉降值为15 mm,而实测值桩顶最大位移12.5 mm,两者的相对误差在10%以内。总体来看数值模拟的计算是合理有效的;(3)采用数值模拟对试验结果进行了验证分析。证明数值模拟的合理性。此外,对于黏性土而言,由于桩土极限位移介于6～10 mm,但桩在最大一级荷载下,未能达到上限值,因此侧壁摩阻力只能分担总荷载的40%。     

土石坝地震永久变形参数反演方法研究

提出了一种基于径向基网络的土石坝永久变形参数反演分析模型。该模型充分利用了径向基神经网络的非线性映射能力,只需要进行少量的样本设计,即可反演坝体永久变形参数,可以解决土石坝动力参数反演计算耗时长的问题。同时在对永久变形参数进行灵敏度分析的基础上,建立考虑参数灵敏度的网络训练目标函数,进一步提高了反演精度。将所建立的模型用于紫平铺面板堆石坝地震永久变形参数反演,采用三维有限元法进行静动力分析,并采用改进的沈珠江模型计算坝体地震永久变形。结果表明,反演参数计算的大坝地震永久变形和坝体实测永久变形数值接近,趋势一致,因而所建立的模型能够有效地反演坝体地震永久变形参数,为土石坝的动力参数反演提供了一种简便、有效的方法。     

淤泥冲击挤压作用下软基土石坝动力响应分析

以江西城门山铜矿城门湖区软基土石坝为研究对象,基于淤泥流动过程中的冲击力特性,采用FLAC3D程序模拟和分析了淤泥冲击挤压作用下软基土石坝的水平速率、水平位移和剪应变等动态响应。研究结果表明：（1）坝体速率变化规律与冲击挤压作用周期基本一致。坝体监测点速率大小及发生运动的区域均随时间增加而增大。约在0.3 s（1/2周期）时,速率达到最大值;而约在0.45 s（3/4周期）时,发生运动的区域达到最大;之后随着冲击荷载的衰减坝体质点逐渐趋于静止。（2）淤泥冲击挤压作用下坝体发生了永久位移,平均位移值约30 mm,可看作坝身整体向下游侧移动了30 mm。（3）坝体内形成了一条明显的剪应变增量贯通带,发生区域位于上层软土坝基内,表明坝体最可能沿此位置发生整体滑动失稳破坏。     

强风化花岗岩弹塑性本构模型研究(Ⅱ):工程应用

根据文献[1]优化反演得到隧址处强风化围岩应变硬化弹塑性本构模型的计算参数,通过数值仿真研究CRD法、双侧壁法和台阶法3种工法时围岩与支护结构的受力变形情况,结果表明,CRD法为最优工法。在此基础上,根据翔安隧道左线ZK8+257～ZK8+307段的现场实际施工情况,建立三维模型动态模拟隧道CRD法开挖支护全过程,并将计算的变形位移与现场实测数据进行对比分析。研究表明：提出的弹塑性硬化本构模型及其数值仿真技术可较好地反映强风化花岗岩隧道开挖过程中的变形和破坏规律。其研究成果可为衬砌结构设计以及国内同类型隧道的施工和衬砌支护技术设计提供可靠指导。     

甘肃地区黄土隧道围岩变形特征分析

为研究湿陷性黄土隧道施工期间的变形特征,本文依托甘肃省某黄土隧道新建工程,综合采用现场实测数据分析和数值模拟开展黄土隧道的变形特征研究。结果表明：(1)隧洞拱顶位移变化速率和累计沉降值最大,且出口右线的沉降速率比左线的更大。与出口相比,进口处的地面沉降值明显较小,其中进口处地面的最大沉降值为35 mm,出口处地面最大沉降为70 mm;(2)建立数值有限元模型进行计算表明,数值模拟结果与实际监测规律基本一致,其中实测隧道开挖结束的拱顶最大沉降为60 mm,而数值模拟结果为78 mm,两者相对误差在20%以内;随着隧道的开挖,隧道应力发生重分布,衬砌两侧发生应力集中,最大值为6.0 MPa,顶部围岩应力达到2MPa。     

深覆盖层上面板堆石坝应力变形特性研究

结合实测资料和有限元方法分析建于深覆盖层地基上面板堆石坝的应力、变形特性。数值计算中采用邓肯-张E-B模型模拟覆盖层地基和坝体的应力、变形行为,同时采用无厚度接触面模拟面板和坝体以及防渗墙和地基之间的相互作用。整理和分析工程实测资料并与数值计算结果进行对比分析,重点分析坝体和防渗结构的力学行为以及面板堆石坝和地基之间的相互作用。比较分析表明,大坝最大沉降和压应力分别发生在坝体底部和覆盖层中,覆盖层对坝体及防渗结构的应力、变形特性具有显著影响,应力、变形实测值与数值计算结果吻合较好,说明数值计算结果的有效性。在此基础上,分析了覆盖层上面板堆石坝分期填筑和筑坝速度对坝体和防渗结构应力变形的影响。结果表明,分期填筑引起坝体较大不均匀沉降和复杂的应力状态,但一定程度上可以改善防渗墙的应力变形特性;较快的坝体填筑速度容易引起坝体较大的前期应力和后期沉降,不利坝体的施工和运行。     

机车荷载作用下青藏铁路多年冻土区普通路基的蠕变分析

基于青藏铁路北麓河试验段的机车现场实时振动监测,在三轴流变试验的基础上,利用ABAQUS有限元软件中的时间硬化与Druker－Prager屈服破坏准则耦合的蠕变模型,对青藏铁路多年冻土区的普通素土路基在等效机车荷载作用下的蠕变效应进行分析。研究表明,ABAQUS软件中时间硬化与蠕变模型能较好地模拟路基运营过程中的时间效应,素土路基的竖向位移由路基顶部中心位置向路基内部和两侧逐渐减小,一年中的最大位移达14 mm,与该段的年沉降变形观测值一致。路基中心的蠕变应变值大于路基顶面和天然地表的应变值,路基中心受机车荷载的振动影响最大     

江苏吴江盛泽地区建筑物荷载对地面沉降的影响

为了准确模拟预测江苏吴江盛泽地区建筑荷载引发的地面沉降量,基于比奥固结理论,在概化盛泽地区水文地质概念模型的基础上,建立建筑物荷载、地下水渗流与地面沉降三维全耦合数值模型。利用实测水位和地面沉降监测数据对模型参数进行识别与验证,模拟预测了在现有建筑物荷载的作用下,自2015年9月1日至2030年9月1日研究区地面沉降的发展趋势。结果表明:至2030年,盛泽镇区最大累计地面沉降量为442.11 mm,南麻社区最大地面沉降量为113.79 mm,建筑荷载越密集的地方,地面沉降量越大。     

注浆体对土钉受力特性的影响研究

基于土钉抗拔力学模型的解析解,结合现场土钉抗拉试验工程实测数据,分析了水泥注浆体弹性模量Eg及钉土剪切变形系数K的变化对土钉受拉力学特性的影响。结果表明,随着Eg的增大,最大荷载下钉头位移逐渐减小,浅部钉土间相对位移和剪力有所减小,而深部则有所增大。Eg越大,钉土间相对位移和剪力沿钉身的变化越小,各部分侧阻分布趋于均匀。随着K的增大,最大荷载下土钉沿钉长各处的相对位移均减小,且减小比率逐渐降低,注浆对土钉的影响逐渐趋弱。相同变化率下K对土钉荷载-位移曲线的影响要大于Eg,而对钉土间剪力的影响则不及Eg的影响大。     

地震作用下丰满重力坝的塑性损伤

基于混凝土塑性损伤本构模型,将可以表征材料和结构渐进破坏的损伤变量作为内变量,考虑了混凝土拉压异性的损伤变量,利用有限元软件ABAQUS,对丰满混凝土重力坝在经受地震作用下的结构损伤区域的发展变化进行安全性评价。在数值计算过程中,对于受地震荷载作用所引起的地面水平运动而导致大坝水位水平运动对坝体的影响,通过扩充后的广义Westergaard公式予以计算模拟。通过分析得到了丰满大坝在地震作用下的塑性损伤破坏情况,并评价了丰满大坝的安全性,亦说明利用损伤力学对大坝进行安全性评价是一个可行的方法。     

基于土石坝动力特性的坝料动力参数反演

采用现行的室内外试验方法确定的土石料动力参数与实际坝料的动力参数有何差异是人们关心的问题之一。提出了基于土石坝动力特性的坝料动力参数反演方法,并使用该方法反演了一个假想混凝土面板堆石坝的坝料动力参数,证明该方法是可行的,计算精度基本满足实际工程要求。利用紫坪铺面板堆石坝在汶川地震中的余震加速度响应信息,反演了坝料的最大动剪切模量系数K和指数n。结果表明,由室内动三轴试验得到的坝料最大动剪切模量系数K值偏小,建议进一步研究予以修正。     

黑河黏土心墙土石坝分期位移反分析

高心墙土石坝的安全性评价问题涉及到土坝的变形与渗流规律及相关力学参数的确定,是当前土力学研究的热点与难点之一。由于土石坝受施工过程中施工工艺、施工方法和施工质量以及运行期运行环境和管理方法的影响,土石坝坝料的实际力学参数与原设计参数有一定的差别。为获得西安黑河黏土心墙土石坝大坝填料实际的力学参数,利用大坝的应力、变形与渗流观测资料,通过深入分析大坝变形机制和渗流特征,建立了黑河黏土心墙土石坝变形与荷载之间的对应关系,提出了基于准饱和土固结理论的心墙土石坝分期位移反分析的思路与方法,实现了心墙土石坝施工期、运行期全过程反演。结果表明该方法可反演得到心墙土石坝填筑材料的主要参数（邓肯-张模型）、心墙渗透系数及湿化变形参数。反演思路与方法对同类工程设计与反分析具有参考意义。     

筑坝粗粒料力学特性的缩尺效应研究

针对筑坝粗粒材料缩尺效应问题,统计分析三板溪、水布垭等大坝填筑料的级配特征,认为以Talbot曲线为原级配可作为高土石坝填筑料的“平均级配”,并将此原级配按现今粗粒料试验制样时最为常用的“混合法”进行缩尺,配制了最大粒径 为20～180 mm的试样。利用PFC2D软件,对各缩尺级配进行了多组、多种数值试验,揭示了各缩尺级配试样干密度极值、初始弹性模量及体积模量等关键物理量与各级配最大粒径的关系。结果表明：缩尺关系与密实度控制标准相关,在同一相对密度条件下各缩尺比试样力学参量为其最大粒径的单调函数,经推求可得原级配具备室内试验级配1.5～1.6倍的抗变形能力;而在同一干密度条件下,力学参量与各最大粒径呈先减小再增加的非单调关系。最后基于细观力学理论对造成缩尺效应的机制进行了解译。利用PFC2D数值试验从一定程度上拓展了仅靠实际三轴试验来研究粗粒料缩尺效应的粒径和思路。     

茅坪溪沥青混凝土堆石坝填料参数反分析

茅坪溪沥青混凝土堆石坝是目前世界上最高的沥青混凝土心墙坝之一,由于上坝壳填料与设计料源有所改变,填料特性试验资料较少,有限元计算参数不准,很难客观评估大坝应力变形状态。根据大坝监测资料,采用Duncan-Chang E-? 模型和正算逆解逼近法进行参数反分析,比较客观准确地确定了坝体填料参数,计算结果与观测的实际规律或数值大小非常吻合,为蓄水期评价大坝的应力变形状态提供计算依据。     

考虑空间效应的地下洞室爆破开挖松动区参数场位移反分析

将地下洞室爆破开挖松动区视为一个随开挖过程演变的非均匀、非稳定三维扰动场,松动区内岩体力学参数则是一个具有时空演化特性的参数场。考虑爆破开挖扰动空间效应和岩体真实变形响应,提出了真实工作状态下开挖松动区岩体参数场辨识的位移反分析方法。基于局部监测变形空间插补得到的空间位移场,通过分析洞室爆破开挖围岩变形扰动机制,建立了开挖松动区岩体变形模量参数场数值演化模型,并进行了模型适用性和参数敏感性分析。在此基础上,以变形模量参数为例,结合围岩实测位移信息,提出了开挖松动区参数场位移反分析的动态实现过程。将该方法应用于溪洛渡地下洞室群施工期参数场反演和围岩稳定动态反馈评价及预测,结果表明,该方法合理有效,在大型地下洞群施工开挖与快速监测反馈方面具有显著的工程适用性及实用性。     

巴郎口水电站土石坝填料工程特性试验分析

位于大渡河一级支流上的巴郎口水电站为闸坝引水式。考虑到砂卵石填筑料中粒径小于5mm的P5含量偏高而影响坝体稳定性,对厂房边坡砂卵石填筑料开展了碾压试验。根据现场密度及含水量测试、场地沉降观测等,确定合适的铺层厚度为97cm。并取坝体填筑料在室内进行了颗分、击实、渗透和大三轴剪切试验。颗分试验表明填筑料级配良好,满足土石坝设计要求;击实试验得到填筑料的最优含水量和最大干密度分别为5.32%、2.42gcm-3;渗透试验测得砂卵石平均渗透系数为2.42210-2 cms-1;大型三轴试验获得砂卵石强度参数为=37.711、c=0。结合现场碾压试验和室内试验成果,还对巴郎口水电站土石坝坝体进行了渗流稳定计算,复核了巴郎口水电站土石坝坝体的沉降、应力、渗流和稳定性等,为土石坝坝体的长期安全运行提供了重要依据。     

Simulation for the Spatial–Time Characteristics of High Arch Dam

As a kind of slim shell structure flexibly based on its deformable foundation, high concrete arch dam exhibits remarkable spatial–time characteristics. In this paper, the Xiaowan Hydropower Project accommodating 294.5 m high double curvature arch dam is taken as example, to which the factor of time is introduced in the whole numerical simulation procedure. The dynamic inputting of the parameters related to the structural geometry and material properties (e.g. thermal, permeability, deformation/stress) following the construction progress is realized in an intension to establish a four-dimensional (spatial–time) numerical simulation procedure. The Digitized System of Xiaowan Arch Dam (DSXAD) is further formulated by the combination of the instrumentation system, the spatial–time simulation procedure, and the engineering judgments. The DSXAD has been working well in tracing the real working status of the dam during its construction period as well as service period. A series of difficult technical issues in the construction of the Xiaowan Dam are successfully solved with the help of the DSXAD. Through this practices important theoretical insights are achieved, which founds a new landmark for the high arch dam construction in China.     

基于正交设计的复杂坝基弹塑性力学参数反演

复杂坝基弹塑性力学参数反演的计算工作量直接取决于采用何种优化方法。根据大坝在运行期的实测资料，运用有限元正交数值试验、回归分析和优化相结合的方法，反演了坝基岩体的弹塑性力学参数。实例研究表明了该方法的有效性和实用性。     

Discrete modelling of rock-ageing in rockfill dams

The aim of this paper is to obtain, from a numerical study using the discrete element method, quantitative information on the behaviour of a rockfill dam, particularly the effect of rock ageing on the movements of the dam. A numerical model is defined at three different scales: the block scale, the elementary representative volume scale and the dam scale. The model uses the discrete element code PCF^2D, considering breakable clusters of 2D balls. Three rock-ageing laws, taking into account the time-evolving resistance for blocks, are proposed. The different parameters are determined from experimental data of laboratory tests performed on rock blocks. The relevance of the model seems acceptable, considering that the displacements obtained in the simulations are in the same order of magnitude as the displacements measured on the actual dam.     

Evaluation of excavation‐induced relaxation and its application to an arch dam foundation

Based on the damage mechanism of rock during excavation, the maximum tensile strain criterion for pinpointing relaxation region or excavation‐disturbed (damage) zone (EDZ) is introduced. To simulate the deformation and stress redistribution caused by the deterioration of the deformation and strength parameters in the EDZ, the ‘restraint‐relaxation’ finite element algorithm is formulated using the deformation and strength parameters of pre‐and post‐relaxation. The Xiaowan arch dam project (292 m high) is studied by the proposed method, in which the permissible tensile strain and fluidity parameter are evaluated using back analysis. The computation results have good agreement with the field monitoring. An important inference from the study is the necessity of considering the relaxation effects on the dam/foundation system during the construction and operation period. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.