坝址区覆盖层静力特性参数反演研究

采用室内静力三轴剪切试验和现场旁压试验对某土石坝坝基覆盖层的静力特性参数进行了研究。结合参数敏感性分析结果,以室内试验获得的参数为初值,重点研究了采用三维有限元模拟旁压试验的方法对邓肯-张E-B模型参数进行反演分析,并获得各层土体反演参数优化后的曲线。对比现场旁压实测曲线、室内三轴试验曲线和反演参数曲线可知,在室内试验结果的基础上进行反演分析获得的岩土本构模型参数,更能反映土体原位结构性和应力条件等实际情况。     

基于蛙跳优化算法的土石坝邓肯-张E-B模型参数反演

邓肯-张E-B模型常用来刻画土石坝本构关系,对其参数进行准确估计是实现土石坝应力应变分析的前提。本文针对工程中通过三轴试验确定其参数所存在的不足,着重阐释了群智能蛙跳优化算法在反演土石坝邓肯-张E-B模型参数中的应用,结合实测资料,通过正分析,证明了蛙跳优化算法在E-B模型参数反演中的合理性,以期为其他工程提供借鉴。     

基于弹塑性模型参数反演的高土石坝地震响应预测

合理准确描述堆石料的力学特性是高土石坝地震响应预测和安全评价的重要前提。以特高心墙坝填筑期变形的监测结果为目标值开展了三维反演分析,获取了反映大坝真实状态的坝料广义塑性模型和邓肯张E-B模型的参数,探讨了两种本构模型描述高土石坝变形的精度,随后采用反演的广义塑性模型参数开展了高土石坝的地震响应预测及安全评价。结果表明：目前反演分析常用的邓肯张E-B模型无法兼顾竖向和水平变形,且反演参数无法用于动力分析;静动统一的广义塑性模型计算的竖向和水平位移均与实测结果吻合良好,并可直接用于大坝的动力响应预测。所建立的一整套基于弹塑性模型参数反演的高土石坝地震响应预测分析方法,可为高土石坝的安全评价和风险预警提供可靠的技术支撑。     

基于正交试验法的邓肯-张E-B模型参数敏感性分析研究

邓肯-张E-B 模型能反映堆石料不同围压下的应力变形关系，在混凝土面板堆石坝应力变形数值计算中得到了广泛的应用。本文基于正交试验法，以混凝土面板堆石坝为例，进行了邓肯-张E-B 模型参数对坝体竖向位移、上下游水平位移的敏感性分析。研究结果表明：邓肯-张E-B 模型参数中Kb、φ0、K 对坝体竖向位移的敏感性相对较大；参数φ0、K、Rf 对坝体向上游水平位移的敏感性相对较大；参数Kb、φ0、K 对坝体向下游水平位移的敏感性相对较大；模型参数取值对向上游水平位移的影响最为显著；参数m、Δφ、n 对坝体变形计算结果的影响相对较小。本文的研究方法及成果可以为面板堆石坝邓肯-张E-B 模型参数选取提供参考。     

基于正交试验法的邓肯-张E-B 模型参数敏感性分析研究

邓肯-张E-B模型能反映堆石料不同围压下的应力变形关系,在混凝土面板堆石坝应力变形数值计算中得到了广泛的应用。本文基于正交试验法,以混凝土面板堆石坝为例,进行了邓肯-张E-B模型参数对坝体竖向位移、上下游水平位移的敏感性分析。研究结果表明：邓肯-张E-B模型参数中的初始体积模量基数、初始内摩擦角、初始弹性模量基数对坝体竖向位移的敏感性相对较大;初始内摩擦角、初始弹性模量基数、破坏比对坝体向上游水平位移的敏感性相对较大;初始体积模量基数、初始内摩擦角、初始弹性模量基数对坝体向下游水平位移的敏感性相对较大;模型参数取值对向上游水平位移的影响最为显著;体积模量指数、摩擦角中的减少值、弹性模量指数对坝体变形计算结果的影响相对较小。本文的研究方法及成果可以为面板堆石坝邓肯-张E-B模型参数选取提供参考。     

基于ACC-RBF的水布垭面板堆石坝参数反演分析

蚁群聚类径向基函数(ACC-RBF)神经网络是将蚁群聚类算法和径向基函数神经网络组合运用的一种新型神经网络模型,把该网络用于水布垭高面板坝堆石体的多参数反演问题,在室内试验参数的基础上用有限元计算获得学习样本,采用该网络对坝体堆石料的邓肯E-B模型参数进行反演分析,用反演所得参数结合三维非线性有限元计算坝体应力变形,并与实测资料比较,得出很接近的结论.     

深覆盖层堆石坝静力三维有限元应力变形分析

巴底水电站沥青混凝土心墙堆石坝填筑在厚度达120 m的深厚覆盖层地基上,因此有必要研究覆盖层对坝体应力变形的影响。采用ANSYS软件对其进行静力三维有限元应力变形分析,但ANSYS中没有土石坝材料的本构模型,因此利用ANSYS提供的APDL语言二次开发平台,开发了在土石坝工程中应用广泛的邓肯-张E-B模型,对该堆石坝的应力变形进行了计算。通过计算,得到了该堆石坝的应力分布以及水平位移和沉降,经核算均满足要求。     

粗粒料非线性模型(hhu-KG)的有限元实现及工程应用

介绍了一种可以考虑剪胀效应、中主应力影响以及强度非线性的粗粒料非线性模型(hhu-KG模型)。在次弹性理论的基础上将其扩展为一般应力空间中的应力应变关系,并基于土石坝静动力流固耦合可视化分析软件平台开发了该模型的有限元计算程序。采用该模型和邓肯E-B模型对某面板堆石坝进行了三维有限元数值模拟,并对两种模型的模拟结果进行了对比分析。结果显示,相较于邓肯E-B模型,hhu-KG模型计算所得到的最大沉降值与最大面板挠度值略小,而最大顺河向位移值略大,但是两种模型计算所得的坝体与面板变形分布规律大致相同,且符合工程的一般规律,验证了基于次弹性理论推导的刚度系数矩阵的合理性,同时也说明了hhu-KG模型在土石坝静力有限元分析中的适用性。研究成果为粗颗粒土在土石坝的应用提供参考。     

高土石坝粘土心墙和复合土工膜防渗性能研究

高土石坝在静力情况下的应力、变形特性和防渗性能一直是高土石坝设计和施工的关键问题。以一座高为127.5 m的高土石坝为例,通过室内试验和三轴试验测得坝体材料的物理性质指标和邓肯张E-B模型参数,采用有限元计算方法,计算竣工期和渗流稳定期复合土工膜高土石坝坝体应力、应变和变形以及大坝渗流量,并和粘土心墙防渗计算结构进行对比,并对复合土工膜心墙是否发生水力劈裂进行判断。结果表明:由于堆石体材料的流变性,引起了坝体的竖向位移和水平位移。复合土工膜心墙与粘土心墙相比,复合土工膜对降低坝体浸润线、减小坝体孔隙水压力均有显著作用,减小幅度在50%左右,且复合土工膜不会发生水力劈裂等不利问题。     

覆盖层上面板堆石坝筑坝材料反演分析与安全性研究

以双溪口面板堆石坝实测沉降监测资料为基础,通过基于免疫遗传算法的位移反分析法对堆石料E-B模型参数进行反演分析,获取了符合工程实际的模型参数。根据反馈分析得到的计算结果,采用邓肯-张弹性非线性E-B模型,分析研究了大坝竣工期及蓄水期的变形及应力分布状态,计算结果表明,大坝蓄水期位移增量较小,面板应力正常,大坝运行安全。     

Long-term deformation analysis of Shuibuya concrete face rockfill dam based on response surface method and improved genetic algorithm

Due to the size effects of rockfill materials,the settlement difference between numerical simulation and in situ monitoring of rockfill dams is a topic of general concern.The constitutive model parameters obtained from laboratory triaxial tests often underestimate the deformation of high rockfill dams.Therefore,constitutive model parameters obtained by back analysis were used to calculate and predict the long-term deformation of rockfill dams.Instead of using artificial neural networks(ANNs),the response surface method(RSM) was employed to replace the finite element simulation used in the optimization iteration.Only 27 training samples were required for RSM,improving computational efficiency compared with ANN,which required 300 training samples.RSM can be used to describe the relationship between the constitutive model parameters and dam settlements.The inversion results of the Shuibuya concrete face rockfill dam(CFRD) show that the calculated settlements agree with the measured data,indicating the accuracy and efficiency of RSM.     

公伯峡混凝土面板堆石坝位移反演分析

采用基于综合应用人工神经网络和演化算法的位移反演分析方法，对在建的公伯峡面板堆石坝坝体沉降变形的现场观测结果进行了反演分析，并通过与坝料室内试验和现场载荷试验结果对比，讨论分析了4种主要坝料在现场条件下的变形特性、分析结果表明，公伯峡面板堆石坝坝料现场的填筑质量较好，主要坝料的变形模量均大于相应由试验室试验得到的模量值．3BⅡ砂砾石料在现场碾压条件下可获得较高的变形模量值，是一种优良的筑坝材料．     

基于果蝇-BP神经网络算法的大坝力学参数反演

采用果蝇算法与BP神经网络方法结合进行混凝土重力坝弹性模量反演分析,使得反分析出的坝体和坝基弹性模量更精确、效率更高。分析表明:果蝇-BP神经网络算法的精度优于纯粹的BP神经网络算法,对坝体和坝基的材料参数进行反演分析可以更准确、更全面地了解坝体和坝基材料情况,可为工程的设计和施工提供一定的参考信息。     

粗粒料湿化变形三轴试验研究

对小浪底斜心墙堆石坝的砂岩粗粒料采用单线法进行中型三轴湿化变形试验,研究了该种土料的湿化变形特性。通过对试验结果和湿化变形规律的分析,总结了湿化轴向应变、湿化体积应变与湿化应力水平、围压之间的关系。试验结果表明,湿化轴向应变与湿化应力水平呈双曲线关系,湿化轴向应变与围压呈线性关系;湿化体积应变与湿化应力水平和围压均为线性关系。根据对试验结果的分析以及计算湿化变形的单线法,提出了一个适用于计算粗粒料湿化变形的数学模型。该湿化变形模型参数共6个,并给出了通过室内常规试验确定参数的方法。对模型进行了验证,结果表明该湿化模型计算曲线与试验结果吻合较好,表明该模型能较好地反映粗粒料湿化变形的特征。     

基于最小二乘支持向量机的土石坝渗透系数反演

针对土石坝渗透参数和测压管水位间复杂的非线性关系,应用最小二乘支持向量机于土石坝渗透系数的反演。首先利用有限元模型得到最小二乘支持向量机的训练样本,建立坝体水压分量相对值和渗透系数间复杂的非线性关系,并将其输入到训练好的最小二乘支持向量机模型,即可得到大坝渗透系数的反演值。以某土石坝为例经对比分析,该方法是可行的。     

堆石体流变本构模型参数的智能反演

提出基于演化神经网络和序列二次规划算法的智能反演方法，通过实测变形资料对堆石坝流变本构模型参数进行反演分析，算例计算表明，该方法高效且具有全局收敛性。采用该方法对某堆石坝9参数流变模型参数进行反演分析，计算结果表明，利用反演的模型流变参数所计算的坝体流变变形与实测资料在发展规律及数值上均比较吻合。最后采用反演后的参数对该堆石坝后期变形进行了考虑流变效应的流变计算，预测出该堆石坝的后期变形量，预测结果合理可信。     

A REVISED SOLUTION OF EQUIVALENT PERMEABILITY TENSOR FOR DISCONTINUOUS FRACTURES

The equivalent permeability tensor is essential to the application of the equivalent porous media model in the numerical seepage simulation for fractured rock masses. In this paper, a revised solution of the equivalent permeability tensor is proposed to represent the influence of the fracture connectivity in discontinuous fractures. A correction coefficient is involved to reflect the complex seepage flow type through the rock bridge. This correction coefficient is back analyzed from single-hole packer tests, based on the Artificial Neural Network (ANN) back analysis and the Finite Element Method (FEM) seepage simulation. The limitation of this back analysis algorithm is that the number of single-hole packer tests should be equal or greater than the number of fracture sets, and three is the maximum number of the fracture sets. The proposed solution and the back analysis algorithm are applied in the permeability measurement and the seepage simulation for the Xiaowan arch dam foundation.     

某尾矿库坝基粉砂动力特性试验

通过对某尾矿库坝基粉砂进行共振柱和动三轴试验,得到动力特性参数的归一化曲线。分析变形特性与强度特性得到粉砂动力参数的变化规律。由动三轴试验得到不同固结比和固结压力下粉砂动强度、动孔压比与振次的关系,发现动强度与破坏振次间符合乘幂关系,可用幂函数来拟合;动孔压比与振次的关系可用指数函数进行拟合。采用Hardin Drnevich双曲线模型与Davidenkov模型对动剪切模量比进行拟合,试验分析结果表明,随着围压的增加,两种模型的拟合效果均有所改善。同一围压下,Davidenkov模型拟合效果优于Hardin Drnevich双曲线模型。     

某加筋土边坡离心模型试验相似材料研究

离心模型试验的准确性与可靠性取决于模型与原型的相似程度,选择合理的相似材料是离心模型试验的关键环节。以广州某垃圾填埋场挡坝加筋边坡的工程设计为背景,为合理开展离心模型试验,选取6种编织布进行分析。考虑强度相似原则和界面摩擦因素,基于窄条拉伸试验、直剪摩擦试验合理比选相似替代材料。按该边坡设计方案,模型边坡在离心场中能够保持稳定。边坡设计中应进一步参照数值分析和工程类比进行方案确定。如按强度相似进行材料选择,通过调整模型土层厚度,所选择的6种材料可对抗拉强度在13~360 kN/m的土工布进行模拟。