一个基于多因素的冷却水管等效换热系数模型

基于热对流、传输微分方程及有限单元法,研究了冷却水流速、管壁粗糙度及导热系数对混凝土与冷却水之间的等效换热系数的影响。在分析各单因素影响的基础上,提出了包含冷却水流速、管壁粗糙度及混凝土导热系数等因素的冷却水管等效换热系数模型,可较好地预测多影响因素条件下混凝土与冷却水间的换热规律。模型表明,等效换热系数与冷却水流速、管壁粗糙度及导热系数均呈幂函数递增关系,其大小取决于多因素耦合效应。相较而言,粗糙度对等效换热系数影响仅在其取值较小时最显著;混凝土导热系数变化的影响较小;冷却水流速的影响介于二者之间。     

基于AutoCAD平台的有限元后处理系统开发

有限元后处理是开展有限元分析的重要步骤,同时也是衡量一个有限元软件是否成功的重要因素。基于AutoCAD平台的DXF格式,对有限元后处理程序开发中的关键技术问题展开了研究,构建了基于AutoCAD平台的有限元后处理系统,并且结合面板堆石坝给出了应用实例。研究表明,基于AutoCAD平台的有限元后处理系统能直接与计算程序相连接,生成的DXF格式后处理文件可直接在AutoCAD平台下编辑,不需要额外编写程序代码来执行图形处理操作,可满足使用者个性化的显示要求,可为有限元计算分析提供便捷高效的后处理平台。     

非饱和黏土受冻融影响的渗透性演化试验研究

土体的渗透性是评价其抗冻性能的重要指标,在冻融循环条件下,土体结构及孔隙特征改变,导致渗透性能产生差异。为研究非饱和黏土受冻融影响的渗透性演化规律,针对不同饱和度和密实度的试样,开展了冻融循环条件下黏土的渗透性测试。结果表明:随着冻融次数的增加,黏土的渗透系数先快速增大而后逐步趋于稳定,并且这种变化趋势受到饱和度和密实度的影响;饱和度越高,渗透系数增量和增长率越大;密实度越高,冻融对渗透性的影响越小,冻融过程中渗透系数能更快达到稳定状态。最后根据试验结果提出了包含冻融次数、饱和度和密实度的渗透系数演化模型。     

复杂边坡三维地质可视化和数值模型构建

复杂边坡三维地质可视化和数值模型的构建是岩土工程和水利水电工程中常常遇到的关键问题。三维地质可视化可以展示边坡结构面的空间组合,揭示边坡的宏观破坏模式;可视化模型与数值模型的结合和转换可以反映地质信息的仿真性和动态可修改性。基于AutoCAD平台,借助AutoLisp语言,采用滑动最小二乘法插值拟合,构建三维可视化模型,同时讨论可视化模型与数值模型的转入。优点在于结合了AutoCAD优越的图形编辑功能和ITASCA公司数值软件(FLAC3D和3DEC)的计算功能,并可根据地质信息的变化更新可视化模型和数值模型。该技术与三维可变形离散元法相结合,在白鹤滩水电站进水口高边坡三维可视化和应力变形分析中进行了应用。同时针对3DEC软件前后处理的不足,结合3DEC内嵌的FISH语言和AutoCAD的AutoLISP语言进行编程,探讨3DEC加锚方法、三维合位移等值线云图和塑性区可视化实现。     

基于挤压边墙技术水布垭面板堆石坝应力-应变研究

混凝土挤压边墙技术是混凝土面板堆石坝上游坡面施工的新方法。挤压边墙技术与传统方法相比,在施工方面有明显的先进性,新工艺对工程质量的提高、进度的加快以及增加导流度汛的安全性等方面产生的效果是显而易见的,且比传统工艺简化了施工工序,降低了施工费用。但是,在结构性能方面,挤压边墙对面板堆石坝特别是对面板的应力-应变的影响,目前还很不清楚。以水布垭面板堆石坝工程为对象,采用先进的网格离散技术和大型方程求解方法,研究了基于挤压边墙技术水布垭面板堆石坝的应力-应变。计算结果表明,挤压边墙不仅可以替代传统工艺中垫层料的超填、削坡、修整、碾压以及坡面防护等工序,加快了施工进度,使得施工质量得到了保证和提高,而且还对改善面板的受力状态是有利的,对面板的变形也起着改善作用。     

董箐混凝土面板堆石坝地震响应特性研究

针对董箐混凝土面板堆石坝的抗震安全性要求,采用三维非线性动力有限元方法,考虑堆石料的动力非线 性及地震时坝体动水压力作用,采用等效线性模型求解坝体的地震反应,获得了该坝在EI-Centro地震波作用下及 峰值加速度时坝体和面板的加速度反应、位移反应、应力反应、垂直缝与周边缝位移反应及坝体地震残余变形等 地震动力反应特性,揭示了董箐面板堆石坝的地震反应规律与特点,分析了坝体的抗震安全性,论证了设计方案 的合理性。     

考虑饱和度影响的红壤土抗剪强度模型及应用

鉴于降雨入渗过程中土体饱和度变化对库区边坡稳定性的影响,基于Bishop非饱和土抗剪强度理论和van Genuchten土水特征曲线模型,建立了直接考虑饱和度影响的多参数土体抗剪强度理论模型,并采用三峡库区红壤土设计了土水特征曲线试验和三轴剪切试验,获得了基质吸力和抗剪强度随饱和度变化的试验结果,进而验证了模型的合理性。结果表明,模型预测值与试验实测值的吻合度较好,建立的模型能较好地预测三峡库区红壤土的抗剪强度。进一步分析可知,红壤土抗剪强度指标——粘聚力和内摩擦角均随饱和度的增加呈非线性递减;在净总应力一定的情况下,红壤土抗剪强度随饱和度的增加呈对数关系递减。     

考虑温湿耦合的混凝土导热性测试研究

混凝土导热系数是大坝温控仿真计算中的重要参数,其数值大小不仅受混凝土各项组成成分影响,还与温度和湿度密切的相关。为了较为准确量化温度及湿度对导热系数的影响,基于傅里叶热传导定律,首先提出了一种能够同时考虑温度及湿度影响的混凝土导热系数测试方法,然后构建了相应的测试系统,最后对不同温度和湿度条件下的混凝土导热性进行了测试研究。通过获取外界温度剧烈变化条件下混凝土内部的热响应数据,采用最小二乘有限元方法反算得到导热系数,结果表明,该测试方法能够同时考虑温度及湿度作用对混凝土导热性的影响。混凝土导热系数随着温度的升高而呈现先减小后增加的非线性变化趋势,在0℃左右取得最小值;混凝土的导热系数随着湿度的增加而单调增大,湿度较低时,增长的速率较大,混凝土湿度较高时,增长的速率较小。     

温度对混凝土比热容的影响试验研究

基于极端温度条件下大坝温控仿真计算的需求,为深入研究温度对混凝土比热容的影响,试验采用混热法测取了混凝土各组分在不同温度条件下的比热容,利用比热容的加权累加原则得到了混凝土比热容随温度变化情况,提出了考虑温度和配合比影响的混凝土比热容多元回归模型,并验证了该模型的准确性。结果表明:在极端温度条件下,混凝土比热容与温度呈正相关性并随温度的升高而增大,变化速率逐渐变缓。所提出的混凝土多元回归模型能较准确地预测不同骨料配比下混凝土比热容随温度的变化情况。     

考虑孔隙气压力影响的边坡稳定分析

降雨入渗过程中孔隙气压力变化是影响边坡稳定的重要因素,为了分析这种影响,提供一种考虑孔隙气压力影响的边坡稳定分析方法。首先基于水气两相流的理论与方法,计算降雨入渗下坡体的孔隙水压力、孔隙气压力和饱和度的分布,并获取降雨入渗过程中孔隙气压力引起的荷载变化量。而后,结合非饱和土抗剪强度理论及剩余推力法,将孔隙气压力引入到边坡稳定分析中,并以谭家河滑坡为例模拟分析考虑孔隙气压力对边坡稳定的影响。结果显示,降雨导致坡体表层趋于饱和,在坡表与滑带之间的孔隙气压变化较为敏感,而沿滑床向深层方向传递过程中孔隙气压发生衰减;坡体表层饱和区孔隙水压力通过孔隙气向坡脚传递,形成沿坡脚方向的孔隙气压力梯度,增大了滑体的下推力。结果表明,在相同的渗流条件下,考虑孔隙气压力的影响使同一滑动面上的安全系数降低,对边坡稳定分析不利。该方法在坡体濒临失稳时考虑孔隙气压力作用影响显著,对反映某些具体工程滑坡现象更加符合实际。