基于位移的重力坝时变可靠性研究

以混凝土重力坝为例,在考虑混凝土老化及腐蚀的前提下,以位移减去许用位移作为功能函数,基于位移分布及变异系数保持不变这一假设,提出了一种基于位移的时变可靠性计算方法,即根据抗滑稳定功能函数、下游坝趾抗压功能函数、上游坝踵抗拉功能函数及位移测量结果来确定许用位移的均值和方差,通过已有混凝土老化及腐蚀的研究成果,拟合出混凝土弹性模量、腐蚀厚度随时间变化的表达式,进而以30年为基准,运用ANSYS软件对未来70年重力坝的可靠指标进行仿真,并根据仿真结果预测了达到服务期后的可继续使用年限,进而证明了方法的合理性和有效性。     

热老化对炭黑颗粒氧化特性影响的试验研究

基于热重分析仪,首先开展不同热老化温度、时间、氧气质量分数的热重试验,并分别采用微分法(Achar-Brindley-Sharp-Wendworth,ABSW)和阿仑尼乌斯法(Arrhenius)进行氧化动力学分析。结果表明:当老化温度区间在325～400℃时,随着老化温度的增加,活化能从181kJ/mol降低到170kJ/mol。随着老化时间的增加,颗粒的活化能从180kJ/mol降低到172kJ/mol之后在172kJ/mol保持不变。当老化氧气质量分数低于5%时,随着老化氧气质量分数的增加,活化能逐渐升高到188kJ/mol;而高于5%时,活化能从188kJ/mol降低到170kJ/mol。此外,基于高分辨透射电镜对炭黑颗粒的微观结构分析发现,随着老化温度、时间及氧气质量分数的降低,基本碳粒的壳结构更加趋于有序化,石墨化程度相对较高,氧化活性较低。     

基于P-D-ε曲线的混凝土重力坝抗震分析

为分析混凝土重力坝的抗震能力,基于Koyna地震波设置若干地震工况,先利用混凝土塑性损伤模型(CDP模型),基于ABAQUS计算大坝的地震响应,并提取关键区域混凝土的应变时程曲线,再使用基于可靠度的混凝土最大应变与损伤关系曲线(P-D-ε曲线)分析混凝土的损伤程度,进而判断混凝土大坝在不同状态下可承受的峰值加速度。结果表明,在地震输入加速度峰值较小时,坝体会出现局部损伤,但未破坏,当达到较大峰值加速度时,坝颈混凝土破坏,大坝安全性降低。     

不同基座高度对沥青混凝土心墙堆石坝受力特性的影响研究

为研究不同基座高度对沥青混凝土心墙坝受力特性的影响,采用邓肯-张E-B模型作为坝体及心墙的本构模型,对大坝施工和蓄水过程进行模拟,并依据基座与心墙的高度关系拟定5种计算方案,对比不同基座高度下堆石体和心墙的受力特性。结果表明,基座越高,大坝堆石体竖向位移及第一、三主应力越小,而心墙第一、三主应力越大,竖向位移则随基座增高而减小。在此基础上,利用熵值法构建了基座影响定权模型,量化了基座高度变化对大坝不同部位的影响程度：基座高度变化对心墙的影响(权重56.06%)最显著,建议工程设计和安全评价需要考虑基座高度发生变化时对心墙第一主应力状态的影响。研究成果可为沥青混凝土心墙堆石坝工程设计和施工提供参考依据。     

铅芯橡胶隔震双槽渡槽设计与动力分析

结合南水北调中线工程,利用铅芯橡胶隔震技术对双洎河大型双槽渡槽进行隔震设计,采用Housner模型考虑水体与槽身流固耦合作用对其进行有限元动力分析。与非隔震渡槽相比,隔震渡槽的频率大幅降低;随隔震周期的增加,隔震渡槽振型保持不变;槽身底部剪力减小,支座位移增大。等效线性模型计算的地震响应极值大于双线性模型,偏安全。结果表明,铅芯橡胶隔震技术可显著降低渡槽结构的地震响应,且隔震周期越大,降幅亦越大。     

基于改进响应面法的高混凝土坝可靠度研究

针对高混凝土坝可靠度分析中极限状态函数不能显式表达且随机变量复杂的特点,基于变量的随机敏感性因子改进响应面法,提出了适用于高混凝土坝复杂结构系统的改进响应面法.算例结果表明,该法计算效率高、实用性强,是高混凝土坝及复杂水工结构物可靠度分析的较好途径.     

考虑冲刷的单桩式海上风力机动力响应研究

为了研究复杂海洋环境下桩周冲刷对海上风力机动力响应的影响,以美国可再生能源实验室5 MW海上风力机为研究对象,建立风力机塔架-单桩-土体有限元模型,计入风浪和地震荷载对冲刷情况下的单桩式海上风力机进行动力响应研究。对比分析不同冲刷深度以及冲刷坡角对风力机系统固有频率和动力响应的影响。研究表明：当冲刷深度增加到二倍桩径时,风力机一阶固有频率降低至转子1P频率附近,容易引起共振;在风浪荷载以及风浪、地震联合荷载作用下,冲刷坡角不变,风力机最大位移与弯矩随着冲刷深度增加而增大,疏松土质条件下的增量大于紧密土;保持冲刷深度不变,冲刷坡角的变化对风力机动力响应影响较小。     

基于FEM-SVM的大坝可靠度分析方法

为解决复杂大坝可靠度分析计算时难以求得显示的功能函数和传统随机有限元计算时间长、工作量大等问题,提出将有限元(FEM)、支持向量机(SVM)和Monte-Carlo法相结合的可靠度分析方法,即采用正交试验设计具有代表性的样本点,通过有限元计算生成学习样本,利用支持向量机具有解决高度非线性、小样本问题的能力,建立结构响应量和输入变量的映射关系,再利用Monte-Carlo法,结合输入变量的概率分布生成随机样本进行结构可靠度计算。实例计算表明,FEM-SVM分析方法具有较好的精度,同时大幅减少了计算时长和工作量。     

最小二乘支持向量机在某混凝土重力坝弹性模量反演中的应用

针对某混凝土重力坝大坝弹性模量反演的主要方法不能描述坝体位移与弹性模量之间的复杂非线性关系、反演时间长等问题,利用有限元分析软件ANSYS获得大坝在不同水位、不同弹性模量下的水平位移,以不同水位工况下的位移相对值与对应的大坝弹性模量作为最小二乘支持向量机的训练样本,建立基于最小二乘支持向量机的大坝弹性模量反演模型;基于大坝位移实测资料,构建位移统计模型并分离出不同水位工况下的大坝实测位移水压分量的相对值,将其作为大坝弹性模量反演模型的输入量,输出量即为大坝弹性模量的反演值。结果表明,采用基于最小二乘支持向量机的反演模型反演坝体、坝基的弹性模量的结果合理可信,为评价大坝运行状态提供了依据。     

基于ABAQUS的重力坝三维非线性静动力分析

以在建的大华桥碾压混凝土重力坝为例,采用ABAQUS软件中的混凝土损伤塑性本构模型,模拟了大坝在静力荷载与地震荷载下的工作性态,对比分析了坝体材料的线性与非线性对大坝应力位移的影响及坝体在地震作用下可能出现的损伤破坏区及其规律.验证结果表明,坝体材料采用非线性比线性更能反映实际坝体应力分布与位移规律及坝体的损伤破坏区,为混凝土重力坝的震害研究提供了参考依据.     

重力坝水平监测位移统计新模型研究

为了更准确解析大坝水平位移影响因素、分析其变化规律,在传统统计模型的基础上加入“新高水位因子”,用于铜街子重力坝水平位移的对比分析。结果表明,增加新高水位因子的新统计模型能很好地模拟初蓄期水位急升对水平位移的影响,并分解出合理的时效发展过程,提高了坝工安全评价结论的可靠性。     

地震动峰值速度对小湾拱坝动力响应的影响分析

为了探究地震动峰值速度对拱坝的影响,采用大型有限元分析软件ABAQUS建立了小湾特高拱坝三维有限元模型,考虑地基-坝体-库水相互作用,计算正常蓄水位温降工况下坝体各向位移和应力的最大值及其最大增幅。结果表明,随着峰值速度增幅的增加,坝体最大第一、三主应力的增幅及坝体各向位移均随之增加,坝体最大第三主应力的增幅增加较快,峰值速度对坝体最大第三主应力影响更加显著,在设计及施工管理运行中应引起足够的重视。     

混凝土拱坝位移时空分布确定性模型

为监控新建坝的安全运行,针对坝体锂有一定数量正倒垂线及温度计的特点,提出了采用温度位移栽常数和“开关函数”建立混凝土拱坝位移时空分布确定性模型的方法。     

混凝土面板堆石坝坝坡可靠度随坝高变化规律及其安全系数标准探讨

针对混凝土面板堆石坝的坝坡稳定可靠度和安全系数标准问题,首先分析了坝坡稳定可靠度与安全系数之间的关系,然后通过理论分析和数值计算揭示了围压对堆石抗剪强度随机性的影响和面板堆石坝坝坡稳定可靠度随坝高变化的规律,最后根据等可靠度原则,探讨了200 m以上面板堆石坝的坝坡稳定安全系数标准问题。结果表明,由于堆石内摩擦角的随机性随坝高增大,即使保持安全系数不变,面板堆石坝的坝坡稳定可靠度也会随坝高增加而降低。对于坝高200 m以上的面板堆石坝,从等可靠度原则出发,针对不同筑坝材料按坝高分级设置安全系数标准较为合理。     

基于强度储备法拟定混凝土坝水平位移监控指标研究

为探索大坝监控指标的研究方法,以飞来峡混凝土坝#18溢流段为例,利用强度储备法研究了坝段在初始屈服、临界失稳、失稳破坏三种特殊状态下监测点的水平位移分量值,并结合坝顶水平位移温度分量、时效分量的统计模型建立了该坝段水平位移的混合模型,拟定了#18溢流段的位移安全监控指标。     

混凝土坝位移的季节周期趋势分析法

随着大坝变形观测技术的发展,人们越来越重视变形观测资料的分析研究。混凝土坝位移的季节周期趋势分析法是对大坝变形资料分析处理的新方法。这种方法对具有周期,趋势性变形混凝土坝的实测资料进行分析研究,建立季节周期趋势模型以后,再用新观测资料不断修正模型进行滑移式预测预报、精度较高、效果理想。     

黄河防汛抢险铅丝笼稳定性分析及对策

为了弄清黄河防汛抢险中抛投的铅丝笼"走失"的根本原因,以铅丝笼为例,建立了水流作用下堤坝边坡上铅丝笼的稳定受力模型,分析了铅丝笼受力及运动状态,推导出了铅丝笼在水流作用下的位移计算公式,定量地研究了流速v、水深h和坡度i对铅丝笼稳定性的影响规律。结果表明,汛期流速v的增大、水深h的增加、堤坝边坡坡度i的减小均能导致铅丝笼顺着水流方向位移的增加,即铅丝笼的稳定性变差。采用增大铅丝笼体积和重量、预留抛投距离和链接、摩擦、系桩等约束铅丝笼的方法均能减小铅丝笼的位移,增强黄河抢险中铅丝笼的稳定性,减少黄河防汛抢险中铅丝笼的大量走失,从而提高抢险效率、节约抢险时间、降低抢险成本,实现黄河抛投抢险的集约化。     

Effects of the Caputo fractional derivatives on convective flow in wavy vented enclosures filled with a porous medium using Al2O3‐Cu hybrid nanofluids

This paper studies the effect of fractional derivatives on the fractional convective flow of hybrid nanofluids in a wavy enclosure that has inlet and outlet parts near the left wall and is filled with a porous medium. The Caputo definition of the fractional derivatives is applied on the partial differential equations governing flow. The complex shape is mapped to a rectangular domain using appropriate transformations. The finite difference method is used to solve the resulting system. The results showed that an increase in order of the fractional derivatives causes a low activity of the fluid flow and a reduction in the rate of heat transfer. Also, an increase in the nanoparticles volume fractions reduces the activity of the fluid flow and, as a result, the rate of heat transfer is diminished. An enhancement in fluid motion and rate of the heat transfer is obtained by increasing the amplitude of the wavy wall.