Design of controlled elastic and inelastic structures

One of the founders of structural control theory and its application in civil engineering,Professor Emeritus Tsu T.Soong,envisioned the development of the integral design of structures protected by active control devices.Most of his disciples and colleagues continuously attempted to develop procedures to achieve such integral control.In his recent papers published jointly with some of the authors of this paper,Professor Soong developed design procedures for the entire structure using a design-redesign proce...     

小湾拱坝坝基开挖卸荷松弛效应的有限元分析

针对小湾拱坝坝基开挖中出现的卸荷松弛问题,采用三维非线性有限元法对卸荷松弛效应进行了评价。通过松弛方案与未松弛方案计算,对小湾拱坝的应力和位移、屈服区分布以及坝基浅部关键截面的抗剪安全度、点安全度等方面进行了比较分析。研究结果表明,建基面地基松弛后,主要影响低高程局部区域的变形和应力,对拱坝整体变形和应力分布的影响很小;地基松弛后,拱冠梁建基面（953 m高程）坝踵处第一主应力有所增大,坝趾处第三主应力有所减小;拱冠处梁的作用减弱,拱冠梁处距坝踵20 m范围的点安全系数也略有降低;原设计方案在未松弛情况下基本可以满足《混凝土拱坝设计规范》关于建基面抗剪（断）安全系数的要求;坝基松弛后,抗剪（断）安全系数降低明显,与规范规定的要求相差较大,需采取适当的工程措施。该研究成果已为设计决策提供了依据。     

开挖边坡松动区的近似解析

介绍了楔形体与开挖坡体模型之间的关系,提出了确定边坡开挖松动区范围的弹性理论分析方法。阐明在用楔形体理论分析出开挖坡体的应力场的基础上,根据一定的坡体材料强度条件（经过安全储备后的摩尔-库仑强度准则和单轴抗拉强度准则）,且考虑三向应力状态,计算搜索坡体在该稳定系数下的开挖松动区,由此计算出在坡体自上而下分步开挖过程中每一步开挖施工完成之后相应的松动区来。提出了分析计算坡体开挖松动区的主要步骤,说明在分步开挖过程中,计算搜索每一步开挖后的坡体松动区主要需通过讨论上一步开挖后的坡体应力场、本步开挖卸荷量及本步开挖后产生的松动区范围等问题来实现。最后,用算例较为详细地说明了用弹性楔形体理论解析坡体开挖松动区的具体操作过程。     

横观各向同性含液饱和多孔介质黏弹性瞬态反应

在考虑横观各向同性含液饱和多孔介质固体骨架和流体可压缩性以及固体骨架的黏弹性特征下,基于横观各向同性含液饱和多孔介质u-w形式的三维动力控制方程,以固相位移u、液相相对位移w为基本未知量,综合运用Laplace变换、双重Fourier变换等方法,在直角坐标系下通过引入中间变量,将六元2阶动力控制方程组化为两组各含4个未知变量的常微分方程组,给出了直角坐标系下横观各向同性含液饱和多孔介质三维黏弹性动力反应的积分形式一般解;作为理论推导的验证,通过引入初始条件和边界条件,对横观各向同性含液饱和多孔介质半空间黏弹性瞬态反应问题进行了求解。解答的退化验证表明,所推导的理论解是正确的。     

粘弹塑本构模型及用于冻土数值计算的柔度矩阵

随着寒区经济发展及冻结法施工技术在工程中的推广应用,对冻土蠕变的深入研究显得尤为重要.对冻土单轴流变试验结果分析,用非线性牛顿体替代线性牛顿体,从而对西原模型进行了改进,得到了冻土三向应力状态下的本构方程;并利用D-P屈服准则推导出应用与数值计算的柔度矩阵.通过有限元程序的二次开发,将本构模型添加到大型非线性程序ADINA中.用三轴蠕变试验检验了粘弹塑本构模型,获得相应的试验拟合曲线.结果表明:三轴蠕变试验与理论计算结果吻合良好,说明粘弹塑本构模型可以描述冻土在高应力下反映的非衰减性蠕变变形特征.     

三峡工程永久船闸高边坡岩体卸荷松弛特征研究

三峡工程永久船闸高边坡岩体卸荷松弛特征明显,采用地质调查、钻孔声波测试、内外部变形监测、现场变形试验、钻孔芯样力学试验、压水试验、孔壁录像、钻孔弹模测试等手段进行综合研究,结果表明,边坡岩体可划分为强、弱、微三个卸荷带,强、弱卸荷带岩体力学性质有明显弱化,微卸荷岩体力学性质无明显变化。在卸荷带内未产生新的结构面,但卸荷引起了结构面的进一步扩展和张开。岩体变形是结构面张开和岩块变形的综合反映,主要受开挖卸荷影响,锚索对于限制结构面张开作用明显。     

预应力锚索的预应力损失机理研究

预应力锚索结构的预应力损失问题是造成锚索失效的关键问题。在具体分析影响预应力损失的各种因素的基础上,给出了各因素导致预应力损失的具体计算方法。特别对长期荷载下预应力损失机理进行了分析,其中钢绞线采用松弛模型;围岩体采用流变模型;灌浆材料采用蠕变模型进行预测。并给出了相应的理论计算公式,为预应力锚索设计、施工以及工后管理等提供了理论依据。     

某地红砂岩多轴受力状态蠕变松弛特性试验研究

与岩石单轴蠕变松弛试验研究相比,多轴的研究结果很少,这一现状的结果是岩石的三维蠕变松弛模型基本是其单轴模型的简单推广,缺乏试验资料的佐证。为了积累宝贵数据,推动岩石多轴蠕变松施模型的发展,利用广东某地的红砂岩开展了以下试验研究：(1) 不同围压下岩石的蠕变松弛特性;(2) 二向受力状态下岩石的蠕变松弛特性;(3) 多轴受力时,饱水和风干状态下岩石蠕变松弛特性的对比。总结、分析试验结果,获取了该种红砂岩多轴蠕变松弛特性的一些基本规律或现象,如：轴压相同时,侧压越高,蠕变量越小;当围压相同、时间相同时,应力 越高,则 的松弛量也越大。这些结果对于岩石力学的基础研究及现场施工设计均具有较大意义。     

基于异步迭代算法的冲击地压预测

采用三层BP神经网络方法对冲击地压建立了数学模型。网络的训练算法采用具有松弛因子的动态异步迭代法,该算法在克服网络的麻痹现象及局部极小问题上都优于目前常用的训练方法,因而,采用此算法对网络进行了训练及震级的预报。基于新汶矿务局华丰煤矿1999～2000年的冲击地压现场监测数据,把冲击地压的能量、产生波的幅值、频次做为输入数据,相应期间的最大震级为输出数据,组成神经网络的训练样本及测试样本,对原始数据进行了数学预处理,网络结构采用了输入层3个结点,中间层7个结点,输出层1个结点的前向神经网络;网络最终的训练误差为0.06,预测结果的相对误差率平均为 9.2 %,预测效果比较理想。     

描述岩石粘弹性固体性质的开尔文模型

大多数固体材料都具有弹性,但真实的固体却极少严格遵从弹性的虎克定律。这些固体材料的变形往往有对时间的依赖性,这种性质是流变学研究的内容。岩石是自然界最普遍的固体,它的力学性质在通常条件下可用虎克定律作精确的描述,而在漫长的地质过程中,岩石的流变特征就逐渐显现出来。地质作用越缓慢,岩石对变形时间的依赖性越明显。为精确描述岩石在地质过程的力学性质,流变学方法被引入地质学。笔者已经介绍过描述"牛顿流体"的马克斯威尔流变模型,文中介绍描述粘弹性固体的开尔文流变模型。和马克斯威尔模型一样,开尔文模型也是流变学的基本模型,它是由一个弹性元件和一个阻尼元件并联而成。文中给出开尔文模型的本构关系和地质应用的简介。