膨胀土判别与分类的Fisher判别分析方法

介绍了数理统计中常用的判别分析方法——Fisher判别分析法，结合合（肥）－六（安）－叶（集）高速公路工程，利用SPSS软件对沿线采集土样进行了Fisher判别分析，得出了适合该地区膨胀土判别与分类的判别方程。分析表明： (1)利用Fisher判别分析法仅需几项基本物理性质指标，参数的试验操作大众化、规范化，试验条件明确、设备简单、周期短。在统计意义的基础上可以对膨胀土正确分类；(2)判别函数中，塑性指数的系数最大，说明判别函数对塑性指数值敏感，塑性指数能较好反映土的膨胀潜势；(3)利用SPSS软件进行判别分析，简易方便，分类效率高，对膨胀潜势的划分结果统计意义明显，能够为膨胀土的分类提供依据。对该判别方程进行了检验，发现其适用性好，判别分析方法在膨胀土判别与分类中有较好的应用前景。     

土石坝拟静力抗震稳定分析的强度折减有限元法

基于拟静力抗震设计概念,提出利用强度折减有限单元法分析土石坝的抗震稳定性,给出了两种确定地震惯性力的方法：（1）依据《水工建筑物抗震设计规范》[1],并结合有关土石坝动态分布系数计算了沿坝高分布的地震惯性力;（2）直接利用土石坝有限元地震动力反应分析得到的单元节点加速度反应,依据建议的方法确定坝体各单元节点的地震惯性力。将上述计算确定的地震惯性力与其他形式的外荷载共同作用到土石坝上,采用强度折减有限元法确定土石坝坝体的拟静力抗震安全系数。对于稳定渗流期,水位降落期等不同工况,或需要考虑振动孔隙水压力作用的饱和无黏性土填筑坝等不同计算条件,给出了使用折减强度有限元法分析坝体抗震稳定性的实现途径和方法。研究表明,有限元法对边界条件、复杂断面条件和材料分区及荷载组合均具有较强的适应能力,因此,使用有限元法分析土石坝抗震稳定性具有显著的优越性。     

ABAQUS的二次开发及在土石坝静、动力分析中的应用

利用UMAT子程序,在ABAQUS中开发了用于静力分析的邓肯非线性弹性模型和用于动力分析的等效线性模型,丰富了ABAQUS软件的材料库;针对土石坝的分级填土施工、新填土层的位移修正、土石坝蓄水后的浸水湿化效应、坝体材料的液化判别和地震永久变形计算等土石坝分析中的特定问题在ABAQUS中的实现提出了相应的解决方案。算例的计算结果合理可靠,表明经二次开发后ABAQUS可用于土石坝的静、动力分析,从而可利用ABAQUS前后处理方便、计算精度高和模拟复杂问题能力强的优点,为土石坝分析提供一种可供选择的手段。     

土石坝漫顶溃决及洪水演进研究进展

土石坝漫顶溃决往往在其下游产生巨大的洪水灾难,研究坝体溃决及洪水演进是防灾减灾的需要。对土石坝漫顶溃决过程现象、机理及其模拟的研究进展进行了综述。讨论了物理模型试验的尺度设计,总结了不同尺度、不同类型、不同条件溃坝试验的研究成果;按照参数模型、简化物理模型、精细物理模型,分类总结了漫顶溃坝数学模型研究进展;阐述了溃坝洪水演进方面的试验与模拟研究。在此基础上,对该研究领域今后的研究工作提出了若干展望,包括河道边界对溃坝过程及溃坝洪水传播过程的影响、非均质土石坝溃决机理、溃坝过程中挟沙水流冲蚀规律、溃坝下游河床的冲淤调整及泥沙分选、溃坝对水生态环境的冲击影响等。     

土石坝漫顶溃决及洪水演进研究进展

土石坝漫顶溃决往往在其下游产生巨大的洪水灾难,研究坝体溃决及洪水演进是防灾减灾的需要。对土石坝漫顶溃决过程现象、机理及其模拟的研究进展进行了综述。讨论了物理模型试验的尺度设计,总结了不同尺度、不同类型、不同条件溃坝试验的研究成果;按照参数模型、简化物理模型、精细物理模型,分类总结了漫顶溃坝数学模型研究进展;阐述了溃坝洪水演进方面的试验与模拟研究。在此基础上,对该研究领域今后的研究工作提出了若干展望,包括河道边界对溃坝过程及溃坝洪水传播过程的影响、非均质土石坝溃决机理、溃坝过程中挟沙水流冲蚀规律、溃坝下游河床的冲淤调整及泥沙分选、溃坝对水生态环境的冲击影响等。     

库水升降对新疆阿勒泰地区某土石坝渗流影响的研究

库水升降会改变土石坝原本稳定的渗流场,进而影响坝体的安全和稳定,为研究库水升降速率对土石坝渗流的影响,在GeoS tudio中建立了新疆阿勒泰地区土石坝的坝体—坝基二维模型,采用非饱和渗流模型计算了坝体在不同定水位及库水升降诱导下的孔隙水压力和浸润线变化情况.结果表明:坝体稳定性随库水定水位的升高而降低,库水升降速率过...     

基于统一强度理论的土石坝边坡稳定分析遗传算法

将非线性统一强度理论应用于土石坝边坡稳定分析中,考虑坝体各应力分量包括中间主应力对土质材料强度的影响,以区别于传统土石坝稳定分析中仅考虑剪切和拉伸极限强度的极限平衡法。提出了一个土石坝边坡稳定优化分析模型,并采用最优化遗传算法对土石坝边坡进行断裂面优化搜索。研究表明,统一强度理论中反映中间主应力效应系数值变化对坝体稳定安全系数有显著影响。利用遗传算法对土石坝边坡稳定进行分析时,不必事先假定滑裂面的形状,根据土石坝非线性统一强度理论的剪裂破坏准则进行滑裂面搜索。针对常规最优化方法容易陷入局部最优解的缺陷,基于MATLAB遗传算法工具箱对土石坝边坡稳定性进行分析,分析结果表明,统一强度理论结合遗传算法能克服常规最优化方法在寻优过程中一些缺陷,计算结果更自然合理。     

土石坝筑坝材料动态设计思路及其工程应用——以毛尔盖水电站砾石土心墙坝防渗料为例

由于土石坝材料的多样性、地质成因的复杂性以及施工前期勘探试验数量与条件的局限性,初始设计方案往往不能很好地切合实际,土石坝材料的设计坚持动态设计的设计思想就显得十分重要.只有动态的跟踪检测而进行的设计,才能保证土石坝材料的填筑质量,以确保坝体安全.文中以毛尔盖大坝砾石土防渗料为例,介绍了土石坝筑坝材料动态设计的方法.充分考虑、把握材料的特性,根据施工过程中检测数据,及时论证或调整设计方案,确保坝体的安全.本文可供类似土石坝材料设计、施工质量检测与控制参考.     

基于Fisher判别分析和质心距评价法的矿井水源判别

矿井突水是影响煤矿安全生产的灾害之一,快速准确地判别突水水源对于水害治理至关重要。Fisher判别分析法在判别混合水时,只能将此确定为最相像的某一分组,从而发生误判,因此在Fisher判别分析理论的基础上引入了质心距评价法,剔除可能为混合水样的样本数据,可以提高判别结果的准确率。为此选取13种水化学离子作判别因子,30个有代表性的水样作为训练样本建立判别函数模型,应用判别函数模型及质心距辅助评价指标对6个取自特定含水层的单一水样和4个取自水仓的混合水样验证分析,引入质心距评价分析后判别准确率从60%提高到83.3%。研究结果表明,在Fisher判别分析后进行质心距评价分析可提高判别结果的准确度。      

土石坝边坡稳定性分析的温控参数折减有限元法

将土石坝渗流的有限元计算和坝坡稳定分析的强度折减有限元法相结合,对土石坝坝坡的稳定性进行分析。考虑渗流作用时,首先采用有限元法计算坝体渗流场,通过迭代计算出稳定渗流的逸出点和浸润线位置,并根据水力梯度计算坝体所受的渗透力;然后将渗流分析所确定的渗流力与土体自重、浮力、地震力等荷载共同施加在坝体上,采用温控参数折减有限元法计算土石坝坝坡的临界失稳状态及其所对应的安全系数。分析结果表明,采用此方法进行土石坝坝坡稳定分析是合理的,且大大提高了计算效率     

地震加速度动态分布及对高土石坝坝坡抗震稳定的影响

《水工建筑物抗震设计规范》（DL5073-1997）建议的土石坝地震加速度动态分布系数适合于150 m以下的土石坝,而前许多土石坝的设计高度已远大于150 m。与低坝相比,高坝受地基刚性的约束减弱,坝体的自振周期延长。在坝体地震反应中,高阶自振周期与地震卓越周期耦合的机率增大,高阶振型的振动易被激发放大,从而导致坝体地震加速度沿坝高的分布与低坝有所不同。据此,采用有限元法研究了高土石坝的加速度分布,提出了高于150 m土石坝的地震加速度动态分布系数图示。在此基础上,利用堆石材料的非线性强度准则,对高度超过150 m的土石坝坝坡抗震稳定性作了进一步的分析,得出随着坝体地震加速度动态分布系数的降低,坝坡临界破坏的安全系数有所提高。     

引江济汉工程渠坡膨胀土分级评价量化模型研究

膨胀土的膨胀潜势由于受到诸多因素的控制,其量化分级长期以来都是一个未能得到很好解决的难题。本文以南水北调中线引江济汉工程渠坡膨胀土为研究对象,通过对试验数据的分析,给出了膨胀土分类的建议取值;依据该分类标准,综合人工神经网络、Fisher判别分析以及粗糙集理论3种数学方法,对40组土样的膨胀等级进行了综合性指标的判别分析,通过比较研究,确定了最终的分级结果;根据每种数学方法的判别结果与操作方法,基于理论相对简单、操作简便、易于为广大科研工作者接受的原则,建议优先考虑Fisher判别方法对膨胀土进行分级评判;结合样品的蒙脱石含量,给出了分级标准的建议值,验证了膨胀土分级数学方法的可靠性,从而为引江济汉工程后续开挖渠道段膨胀土的分类及判别提供了理论依据。     

复杂应力条件下掺砾黏土真三轴试验

采用新型真三轴仪器,对掺砾黏土进行了复杂应力条件下加载试验,近似模拟了土石坝填筑期心墙土体单元的加荷过程。试验结果表明,由于土体单元处于复杂应力状态,即使是单向加载这样的简单加荷应力路径,在不同应力方向上的应力和变形也都呈现显著的应力各向异性。土石坝应力变形分析中坝体单元处于三向应力条件下,由于加载引起的应力各向异性对心墙乃至整个坝体的应力变形规律都有较大影响,合理的本构模型应该能够反映并描述这种复杂应力状态下的应力各向异性。     

大型天然土石坝的溃坝方式及环境效应分析

岷江上游分布有大量的古滑坡堵江形成的土石坝体。本文首先调查了扣山古滑坡堵江坝形成的地质环境和坝体的几何特征、溃口形态;然后采取坝体土石样品,进行了室内大型土工试验,考虑湖水、坝体渗流和岩土体的耦合作用,采用有限元进行了古滑坡堵江坝的稳定性分析,计算了溃坝洪水的最大洪流量及其洪水在下游的演化特征,认为该天然滑坡堵江坝的溃决方式为漫坝瞬时全溃,天然土石坝的溃决将对沿岸及下游地区的生态环境产生巨大的影响。     

线性与非线性强度的土石坝坝坡稳定分析下限法

土石坝的坝坡稳定是影响土石坝安全的重要因素,传统的土石坝坝坡稳定采用的是瑞典圆弧法或者毕肖普法,其计算结果既不是下限解也不是上限解。在Sloan的工作基础上,基于有效应力的方式, 用有限单元思想离散结构物,建立满足平衡条件、间断条件、应力边界条件以及屈服条件的极限分析下限法的非线性规划模型,并且编制了相应的程序,应用到土石坝坝坡稳定性的计算中。考虑了地震荷载和渗流作用,采用迭代算法对土石坝进行非线性强度指标的坝坡稳定计算。最后,以几个典型土坡和具体的土石坝工程为算例,与多种方法的分析结果比较,表明了该方法的可行性。     

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。     

高土石坝裂缝分析的变形倾度有限元法及其应用

土石坝张拉裂缝一般由坝体的不均匀沉降变形引起,是土石坝破坏的主要诱因和表现形式之一。将基于现场沉降监测资料的传统变形倾度法进行了扩展,通过在有限元计算程序中嵌入变形倾度计算模块,发展了基于有限元变形计算的变形倾度有限元法。该方法简洁实用,方便与常规有限元变形计算相耦合,可作为在工程设计阶段分析和估算土石坝是否会发生表面张拉裂缝的实用方法。应用所发展的变形倾度有限元法,以糯扎渡高心墙堆石坝工程为例,进行了坝体后期变形引起坝体表面发生张拉裂缝的敏感性计算分析,探讨了高土石坝变形倾度的分布规律以及与坝体后期变形的关系,发现对糯扎渡高心墙堆石坝,坝顶后期沉降最大值小于坝高0.39%,可作为防止发生坝顶横向张拉裂缝的控制工况。通过工程实例的计算,说明提出的方法可用于高土石坝的裂缝预测分析。     

砾石土心墙堆石坝施工期孔隙水压力分析

土石坝在施工过程中会在大坝心墙中产生超静孔隙水压力。对于高土石坝,施工期心墙防渗体内产生的超静孔隙水压力难以有效消散,因此坝体内部可能会出现较高的孔隙水压力。结合监测资料分析了填筑料的含水量和施工进度对心墙内孔隙水压力的影响。坝体内的高孔隙水压力对大坝的稳定性和安全性会产生重要影响。因此,加强施工期孔隙水压力的监测与分析工作,对于指导施工与设计,保证大坝的安全具有重要意义。     

无粘性均质土石坝漫顶溃决试验研究

针对当前土石坝溃决机理试验研究中泥沙粒径取值偏小、各砂样粒径相差不大的现状,采用粒径对比明显的两组砂样进行了土石坝漫顶溃决试验.试验表明,在给定的较强的初始冲刷条件下,粗细两种颗粒坝体的溃决过程基本一致,均是以水流的下切侵蚀为主,在坝顶下缘位置有溯源冲刷现象出现.整个溃决过程可明显分为3个阶段,第1阶段为坝顶下缘处陡坎形成阶段;第2阶段为陡坎坍塌,冲刷加剧阶段;第3阶段为出现逆行沙垄的冲刷终止阶段.试验还发现,下游坝坡对溃决过程的影响比较显著,坝坡越陡,坝顶侵蚀速率越快,洪峰值越大.另外,由于粗颗粒抗冲刷性强,同等条件下粗颗粒坝体溃决洪水过程偏矮胖,洪峰值偏小,但是值得注意的是,相比于较大的颗粒粒径差距而言,其洪峰值的差异并不是太大.     

心墙堆石坝应力状态对渗流场影响的有限元分析

一般对土石坝进行渗流分析时都未考虑坝体的应力场对渗流场的影响。然而,在土石坝的蓄水过程中,坝体内的应力状态复杂且变化大,对渗流场的影响也较大。因此,忽略应力场对渗流场的影响必然造成一定的误差。用有限元方法对心墙堆石坝体蓄水过程中考虑和不考虑应力场影响的渗流场进行对比分析,计算结果表明,渗流-应力耦合作用下坝体局部压密变形,渗透流速减小,心墙下游出逸区域的水力坡降峰值明显高于非耦合值。因此,渗流分析时有必要考虑应力场的影响,否则会得出偏于危险且对工程不利的结果