导流隧洞外水压力与施工冷缝的影响分析

采用有限单元法代替传统的综合折减系数法,对某导流隧洞的渗透水压力进行了计算分析.计算表明对于完整衬砌结构,当围岩渗透系数远大于衬砌渗透系数时(1000倍以上),隧洞对山体地下水位的影响甚小,外水压力折减系数可以达到0.87以上,当围岩渗透系数与衬砌渗透系数相当时(1~10倍),隧洞对山体地下水位有较大扰动,外水压力折减系数在0.3以下.同时计算表明衬砌施工冷缝张开时排水效果显著,能显著降低隧洞周边的渗透水压力,但造成局部渗透水压力梯度明显增大.     

压力隧洞渗透稳定的参数敏感性分析

为了研究压力隧洞渗透稳定性与围岩变模、围岩渗透系数、地应力、衬砌类型及厚度等的关系,建立了压力隧洞内水外渗的渗流-应力-开裂耦合计算模型,拟定了不同围岩渗透系数、不同围岩变模、不同初始地应力、不同衬砌类型及厚度等组合的一系列工况,运用上述计算模型对压力隧洞内水外渗进行了计算.根据计算结果,以隧洞综合透水率和破坏内水压力为渗透稳定性指标,对围岩渗透性、围岩变模、地应力及侧压力系数、衬砌是否配筋、衬砌厚度等影响因素进行了参数敏感性分析,给出了各参数对压力隧洞综合透水率及破坏内水压力的影响程度.研究成果可为压力隧洞设计,尤其是衬砌型式选择提供参考依据.     

基于黏结单元力学参数随机赋值的压力隧洞衬砌水力劈裂分析

压力隧洞衬砌水力开裂的随机性威胁深埋压力隧洞的安全运行。为准确模拟内水压作用下压力隧洞衬砌的随机水力劈裂过程,将混凝土衬砌视为两相介质,借助商业软件ABAQUS与MATLAB,结合用户材料子程序二次开发,基于黏结单元力学参数的随机赋值理论,建立压力隧洞衬砌内水外渗下的随机水力劈裂模型。首先,借助ABAQUS用户材料子程序二次开发,改进传统孔压黏结单元本构关系;利用改进的孔压黏结单元模拟衬砌中的初始缺陷等弱相,采用Weibull分布描述弱相力学参数的随机性;利用实体孔压单元模拟衬砌强相,强相材料参数取混凝土力学参数均值;内水压力按体力施加,建立压力隧洞衬砌渗流–应力–劈裂耦合分析模型;利用MATLAB对模型前处理与后处理。以某大型物理模型试验为例,采用本文模型进行压力隧洞衬砌的水力劈裂全过程模拟。结果表明:压力隧洞衬砌在高内水压下,不可避免发生开裂,出现内水外渗;衬砌裂缝分布稀疏,具有一定随机性;衬砌开裂部位钢筋应力先增长后回缩,与内水压力关系密切,内水外渗改善衬砌受力状况;提出的模型较好地模拟了压力隧洞衬砌在内水压作用下的随机水力劈裂特征、裂缝分布,且钢筋应力计算结果与模型试验实测结果吻合较好,为压力隧洞衬砌水力劈裂分析提供了一种可靠的方法。     

压力隧洞衬砌结构型式选择准则

为了从渗透角度给出压力隧洞衬砌结构型式的选择准则,采用渗流-应力-开裂耦合分析模型,进行一系列组合工况下的压力隧洞内水外渗分析,计算得到在不同工况下不同内水压力时的压力隧洞综合透水率.以综合透水率作为判断隧洞是否渗透破坏的标准,建立破坏内水压力与围岩综合抗渗指标的关系,拟合出不同容许吕荣值对应的破坏内水压力与围岩综合抗渗指标的关系曲线,作为钢筋混凝土衬砌与钢板衬砌以及不衬砌与钢筋混凝土衬砌的分界线.研究结果表明,当围岩综合抗渗指标<25时,必须采用钢筋混凝土或钢板衬砌;当围岩综合抗渗指标较大时,对低水头电站压力隧洞可不衬砌.     

园形压力隧洞的计算

本文在考虑围岩和衬砌变形协调的基础上,同时考虑到围岩内结构力对衬砌应力的影响,衬砌裂缝的扩展(向围岩内),以及衬砌裂缝部分和未裂缝部分的工作特点等因素,分别探讨了园形无衬砌隧洞,有混凝土衬砌的隧洞和有钢筋混凝衬砌的隧洞的计算方法,对目前设计中所沿用的园形压力隧洞的计算方法作了改进。     

水工隧洞检修期衬砌与围岩联合承载作用机理

衬砌与围岩是水工隧洞的主要组成部分,外水压力是其承担的主要荷载之一.结合某水电站工程实例,建立其发电引水隧洞的有限元数值分析模型,针对衬砌与围岩有条件联合承载作用特征,对衬砌外围岩变形模量进行折减以反映围岩的作用,并引入具有一定抗拉强度的薄层单元量化反映衬砌与围岩有条件联合承载能力.结果表明:与衬砌完全单独承载外水压力计算结果相比,围岩在承担外水压力中的作用不容忽视,且随着外围岩体变形模量的增加,其所分担的外水压力越大;采用薄层单元量化后,衬砌与围岩的联合承载机理更为明确,薄层单元开裂前,围岩承担外水压力较多,薄层单元开裂后,衬砌承担外水压力较多,因而要确保回填灌浆和固结灌浆质量,以提高衬砌与围岩联合承载能力.     

注浆、衬砌作用下非线性渗流隧洞弹塑性解

为探求深埋隧洞在非线性渗流条件下围岩-注浆圈-衬砌体系的力学行为,引入Izbash非线性渗流模型,给出了围岩-注浆圈-衬砌体系的水头分布,基于统一强度理论,考虑塑性区可能的分布位置,在注浆、衬砌支护作用下对隧洞位移、应力和塑性区半径进行了理论推导.通过算例将理论解与数值解对比分析,验证了研究方法的可靠性,并进一步探讨了考虑非线性渗流对富水山岭隧洞支护设计的工程意义.研究结果表明:非线性渗流对隧洞弹塑性力学的影响主要体现在围岩水力梯度系数m_1;围岩从低速非线性渗流向高速非线性渗流转变过程中,塑性区半径和位移越来越大,围岩应力有所减小;应从隧洞围岩的非线性渗流角度考虑注浆圈、衬砌支护厚度设计.研究成果为非线性渗流隧洞支护设计提供了理论依据.     

基于广义开尔文模型圆形隧洞围岩衬砌分荷比研究

基于围岩粘弹性流变模型,研究了围岩衬砌分荷比的确定问题.结合大岗山引水隧洞工程,通过有限元计算,针对围岩符合广义Kelvin模型的圆形隧洞,分析了不同衬砌时间下隧洞与围岩共同承担荷载的规律,提出了分荷比的计算方法;进而计算分析了分荷比随衬砌时间变化的规律;然后分析了分荷比对围岩物理力学参数(主要有弹性模量、粘弹性模量和粘滞系数)、埋深以及隧洞直径等因素变化的敏感性.发现分荷比与弹性模量、粘弹性模量和粘滞系数有着重要联系,而与埋深、隧洞直径大小无关.最后通过数值拟合了分荷比的经验表达式,将其应用到大岗山引水洞,探讨了大岗山引水洞设计计算中合理分荷比的取值问题,成果可为类似工程中衬砌荷载的确定提供参考.     

渗流－应力耦合下深埋引水隧洞变形稳定性分析

隧洞开挖过程中,地下水渗流作用引起围岩应力重分布,其对围岩稳定性的影响不容忽视．依 托日照市沭水东调引水隧洞工程,基于渗流－应力耦合理论,利用ＭＩＤＡＳ－ＧＴＳ有限元分析程序,对 有无渗流作用下隧洞的开挖过程进行仿真分析,得出了隧洞开挖过程中围岩孔隙水压力分布及围 岩变形规律．计算结果表明：开挖使一定范围内的围岩孔隙水压力降低,并导致围岩内孔隙水压力 呈环形带状分布;渗流－应力耦合下围岩位移空间分布规律与未考虑孔隙水压力时相似,耦合作用 对拱顶的竖向位移影响最大．     

衬砌压力隧洞的弹塑性分析

基于岩体应变非线性软化本构模型,考虑中间主应力的影响,对衬砌圆形压力隧洞在等压荷载下进行弹塑性分析,对弹塑性边界位置在衬砌范围内和围岩范围内分别进行了讨论,指出根据弹塑性边界位置的不同应采用不同的计算公式,并得到了由隧洞开挖卸荷引起的、围岩开始屈服时的极限压力以及内压力作用下分别使衬砌、围岩开始屈服时的极限压力。     

常体力边界单元法的实施

基于弹性理论关于常体力向面力转化的原理,讨论了带有常体力的边界单元法的实施过程,编制了相应的计算机程序。最后,给出了它的应用实例。     

Stability and reinforcement analysis of rock slope based on elasto-plastic finite element method

The rigid body limit equilibrium method(RBLEM) and finite element method(FEM) are two widely used approaches for rock slope's stability analysis currently. RBLEM introduced plethoric assumptions; while traditional FEM relied on artificial factors when determining factor of safety(FOS) and sliding surfaces. Based on the definition of structure instability that an elasto-plastic structure is not stable if it is unable to satisfy simultaneously equilibrium condition, kinematical admissibility and constitutive equations under given external loads, deformation reinforcement theory(DRT) is developed. With this theory, plastic complementary energy(PCE) can be used to evaluate the overall stability of rock slope, and the unbalanced force beyond the yield surface could be the identification of local failure. Compared with traditional slope stability analysis approaches, the PCE norm curve to strength reduced factor is introduced and the unbalanced force is applied to the determination of key sliding surfaces and required reinforcement. Typical and important issues in rock slope stability are tested in TFINE(a three-dimensional nonlinear finite element program), which is further applied to several representatives of high rock slope's stability evaluation and reinforcement engineering practice in southwest of China.     

纯滚动隔震系统位移计算方法的对比分析

针对纯滚动隔震系统,根据其地震位移反应规律,编制了数值分析程序;采用实验方法和理论分析方法,对比分析了数值分析程序和传统的刚塑性力位移曲线方法。结果表明,数值分析程序比较合理,计算结果比较精确,且偏于保守;传统的刚塑性力位移曲线方法不合理,计算结果偏小;地震作用下,结构的最大相对位移可能超越地面的最大绝对位移。     

发动机曲柄连杆机构动力学仿真研究

基于多刚体系统动力学相关理论,建立了发动机曲柄连杆机构动力学数学模型,并利用matlab软件编制了计算机仿真程序,得到了曲柄连杆机构各运动部件的运动规律及受力,为曲柄连杆机构的优化设计奠定了基础．     

非线性有限元法分析张拉整体结构初始形态

目的确定自应力平衡的张拉整体结构的初始形态,明确几何和预应力态的选取原则.方法利用力法和位移法原理,针对张拉整体结构的初始平衡形态建立非线性有限元基本方程,并编写其初始形态分析程序.结果结合张拉整体结构的刚度特点,解决了程序迭代计算的收敛性问题.并应用初始形态分析程序计算确定了张拉整体三棱柱的初始形态.结论基于虚功原理迭代方程编写的初始形态分析程序可以有效确定张拉整体结构的初始形态.通过算例分析提出了张拉整体单体给定预应力态及初始几何选取的合理建议.     

惯性力—真实力

本文在克服了惯性系与非惯性系讨论中的循环论证的前题下,认为在既定的非惯性系中惯性力是真实的质量力。从理论上、实践上和哲学上论证了惯性力作为真实力的意义。对惯性力在现阶段既找不到施力体又找不到相应的反作用力的情况,进行了必要的讨论。最后讨论了对惯性力的感知问题。     

玻璃钢球罐设计

本文以100m~3的玻璃钢球罐为例,根据旋转球壳无力矩平衡方程,计算出球壳的薄膜应力,从而确定了球罐各部位的厚度;按反应谱理论计算了地震作用于玻璃钢球罐的水平力;也计算了风载及支柱不均匀沉降而产生的附加压缩载荷;并对玻璃钢球罐的结构、制造及安装工艺等进行了设计,详细阐述了玻璃钢球罐设计的一般规律。     

Fundamental solutions for plane problem of piezoelectric materials

Based on the basic equations of two-dimensional, transversely isotropic, piezoelectric elasticity, a group of general solutions for body force problem is obtained. And by utilizing this group of general solutions and employing the body potential theory and the integral method, the closed-form solutions of displacements and electric potential for an infinite piezoelectric plane loaded by point forces and point charge are acquired. Therefore, the fundamental solutions, which are very important and useful in the boundary element method (BEM), are presented.     

高墩连续大跨预应力刚构桥温度效应影响分析

运用平面杆系有限元程序BDCMS计算软件,拟合温差分布模式,计算高墩大跨连续刚构桥施工过程中梁体、墩身在均匀温度和梯度温度下的应力,得出测点理论值应力变化,并与实测结果做对比.阐述结构在温度变化过程中应力变化特点.     

单自由度简谐振动机械弹性支承刚度和激振力的设计

采用传递函数法求解单自由度简谐振动机械的动力学方程,得到振动体位移与激振力的关系,通过激振力频率和振动体质量的波动对振动体振幅的影响分析,以及隔振系数与频率比关系的分析,提出了该类振动机械合理的下限频率比;同时考虑到弹性支承在振动体重力作用下的静变形应大于振动体的最大振幅,从而给出了弹性支承刚度的设计依据和激振力幅值的计算公式,为单自由度简谐振动机械的设计提供了系统的理论和方法,并通过算例进一步阐述了该设计方法的应用.