压力隧洞设计与结构计算研究进展

针对目前压力隧洞设计现实和设计规范均不是很完善、结构计算缺乏可靠方法以及对内外水荷载作用下围岩衬砌联合承载机理研究还不深入的现状,对压力隧洞设计准则、结构计算以及内外水荷载作用下围岩衬砌联合承载机理这三个方面的国内外研究进展进行了综述,并指出存在的不足.基于研究现状的总结分析,提出了需要进一步深入研究的课题.研究成果可为压力隧洞的设计和结构计算提供参考.     

海塘渗透破坏数值模拟及渗透特性

为研究海塘的洪水渗透规律和渗透破坏机制,提出了可考虑土体渗透性随渗透破坏而变化的饱和-非饱和/非稳定渗流分析模型,编制了相应的程序。选取实际海塘进行了洪水渗透过程的数值模拟,并将计算结果与现场监测试验结果进行了对比,表明所建立的分析模型和计算程序是正确的。工程实例分析结果表明,海塘洪水渗透过程是一个涉及土体渗透性变化的饱和非饱和/非稳定渗流过程,塘身浸润线变化经历4个阶段,海塘渗透破坏是大渗流比降下洪水长时间渗透所导致的。因此海塘的洪水渗透破坏涉及破坏区土体渗透性的变化以及饱和-非饱和/非稳定渗流,按中国现行规范应用稳定渗流分析方法进行计算是存在问题的。     

二维有自由面渗流分析的有限元并行计算

建立了一个基于MPI消息传递的微机机群系统,进行了有自由面渗流的有限元并行分析。通过预处理共轭梯度法和逐个单元法技术的结合来求解方程组,采用前后处理的并行、负载均衡等技术,改善了程序性能。通过对土坝渗流进行并行数值模拟验证了模型的正确性和有效性。加速比、计算效率和可扩放性的测定表明,该模型对大型问题能够减少存储空间,提高运算速度,具有良好的可扩放性,有能力对大型工程,特别是土坝的渗流问题进行快速精确的模拟。     

垫脚加锚-高拱坝加固增稳的高效方法

本文首先介绍一种加固高拱坝的高效方法—垫脚加锚法 ,并阐述预应力锚索的锚固机理 ,然后对李家峡拱坝的垫脚加锚布置作了介绍。李家峡拱坝垫脚加锚前后的地质力学模型试验成果和整体三维非线性有限元分析成果表明垫脚加锚确有很好的加固增稳效果     

碾压混凝土室内试验和压水试验渗透系数间的关系

本文对江垭大坝二级配、三级配碾压混凝土的室内试验和压水试验渗透系数值进行了统计分析,并作出了各自的积累概率曲线。根据累积概率曲线得出了6种保证率下二级配、三级配碾压混凝土室内试验和压水试验的渗透系数值,并用最小二乘法拟合得出二级配、三级配碾压混凝土室内试验和压水试验渗透系数间的线性关系式。拟合结果表明室内试验和压水试验渗透系数间存在很好的线性相关关系。根据上述线性关系式,可利用室内试验渗透系数来预测压水试验渗透系数。     

空气阀防护水锤的研究进展

输水工程中,有压管道发生水锤事故的危害巨大。空气阀是一种经济、安全的水锤预防措施,在工程中应用广泛。介绍了空气阀的工作原理,并从空气阀的理论研究、数值模拟、工程应用等方面详述了空气阀防护水锤的国内外研究现状,指出在空气阀机理和数值仿真等方面仍然存在许多亟待解决的问题,需结合物理模型试验,综合各学科基础理论,对空气阀的进排气动态特性、数值仿真、合理选型及优化布置进行研究。     

灰岩单裂隙非饱和渗流–应力耦合特性试验研究

为研究不同应力条件下岩体裂隙非饱和渗流特性及其影响因素,基于自主研发的岩体裂隙非饱和渗流试验系统,对4组灰岩裂隙试样开展变饱和度和不同围压条件下的渗透试验。试验结果表明：(1)随着围压的增加,裂隙进气值增大,非饱和渗透系数–毛细压力关系曲线下降斜率及幅度均减小,在相同毛细压力下,高围压对应的裂隙非饱和渗透系数要高于低围压的情况;(2)通过对比毛细压力、围压这2个因素对非饱和渗透系数的影响发现,随着毛细压力的增加,围压对非饱和渗透系数的影响降低;同样,随着围压的增加,毛细压力对非饱和渗透系数的影响降低;(3)随着粗糙度的增大,裂隙饱和渗透系数降低,残余饱和度有小幅增长;(4)基于不同围压和毛细压力下的裂隙非饱和渗流试验数据,对裂隙非饱和渗透系数与毛细压力和围压的关系式进行拟合,从拟合曲面与试验实测数据的对比来看,拟合关系式可以较为准确地描述试验测得的裂隙非饱和渗透系数随毛细压力和围压的变化。本文对变应力条件下裂隙非饱和渗流过程及规律的研究成果可为降雨入渗条件下的工程岩体稳定分析提供依据。     

变饱和度条件下粗糙岩石节理剪切强度特性的试验研究

为探究节理剪切性质随饱和度变化的演变规律,首先采用三维激光扫描技术和3D打印技术相结合的手段,通过将水泥、砂、粉煤灰和水按1 ∶ 3 ∶ 0.4 ∶ 0.55的配比混合,从而复刻出3种不同粗糙度的类岩石节理,并根据计算得到的节理空隙体积对饱和度进行控制,随后采用自主研发的岩石直剪试验系统,对3种粗糙度的复刻节理开展了在...     

抽水蓄能电站侧式短进出水口水力优化研究

结合某抽水蓄能电站的设计,对该侧式进出水口在不同工况下的流速分布、水头损失等水流特性进行了水力模型试验与三维数值模拟,并对原设计体型成功地进行了优化.数值计算采用RNG κ -ε模型,应用多子区域组合法求解,压力耦合计算采用SIMPLEC.研究结果表明,计算与试验结果吻合较好.通过对抽水蓄能电站侧式短进出水口分流墩、顶板和边墙等流道结构的体型优化,解决了在出流时流态分布不均匀与水头损失系数偏大的难题.     

裂隙非饱和渗流试验研究及有地表入渗的裂隙岩体渗流数值分析

就单裂隙非饱和水力参数的试验测定和数值模拟确定、单裂隙非饱和渗流的机理、有地表入渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流数值分析以及地表入渗对岩坡稳定性的影响等方面展开了较为深入的研究，并将上述研究成果应用于实际大型工程问题的分析中。主要内容如下：（1）借鉴前人的研究成果，基于动力法原理（即逐次建立水相和气相之间的稳定流动状态），首次研制出一套可同时测定单裂隙毛细压力－饱和度以及非饱和渗透系数－毛细压力关系的实验装置，并提出一种用该实验装置来测定单裂隙非饱和水力参数的物模试验法，使得通过试验来测定单裂隙非饱和水力参数成为可能。（2）运用分形几何和蒙特卡洛模拟等理论，提出一种更合理的确定单裂隙非饱和水力参数的数值试验法，并开发相应的模拟程序。由于该法在生成裂隙充水域时考虑了水和气的“圈闭”效应，故能模拟出裂隙排水与吸水过程间客观存在的滞后现象，这是以往数值试验法所不能做到的。（3）把裂隙岩体等效力连续介质来处理，建立有地表入渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流的数学模型。以Galerkin有限元法为模拟手段，研制了相应的算法，并编制了考虑地表入渗的三维饱和非饱和渗流有限元计算程序SUSS3D。算例分析表明，上述模型和计算程序是合理可行的。（4）引入非饱和土的抗剪强度理论，运用刚体极限平衡法，研制出了地表入渗影响下的央坡稳定性验算程序ZSLP。该程序考虑了非饱和带基质吸力对央体抗剪强度的贡献以及暂态附加水荷载的不利作用，使计算结果更贴近实际。（5）将上述研究成果应用于小湾电站水垫塘区岸坡降雨入渗分析，溪洛渡电站水垫塘区岸坡雾化雨入渗分析以及雾化雨入渗对溪洛渡电站水垫塘区岸坡稳定性的影响等实际工程问题的研究。结果表明：地表入渗确会给边坡稳定带来不利的影响，并且本文的模型和计算程序均是合理可行的。