旱地水窑开挖数值模拟与结构形状参数验证

旱地水窑是集雨蓄水，解决人畜饮水、发展节水灌溉的有效集雨蓄水工程。从水窑结构受力特性分析，水窑属于浅埋式非衬砌地下结构，其结构形状及尺寸是决定窑体稳定和安全的关键因素，而开挖阶段又是窑体最危险阶段之一。针对前期研究所拟定出的斜墙圆拱式窑体形状及参数，应用弹塑性非线性分析方法，分别采用两种不同开挖工序及过程进行开挖过程模拟研究，并从反映水窑体稳定性的位移、塑性区及拉应力3个方面分析了开挖卸荷对窑体稳定性的影响。数值模拟结果表明：不管采用上行法还是下行法开挖，水窑在开挖过程中土体是稳定的，从而验证了以前研究所     

衬砌渗透性对深埋隧洞渗流场及塑性区的影响研究

将深埋隧洞简化为圆形轴对称模型,推导得到其渗流场和考虑渗透体积力的弹塑性解.以此为基础,通过衬砌与围岩渗透系数比值变化,对隧洞渗流场、塑性区和渗漏量进行分析,探讨衬砌渗透性影响.算例表明,当衬砌为透水材料时,衬砌及围岩内水头从外向内迅速减小,但当衬砌与围岩渗透系数比值大于50后,渗流场变化不再显著.隧洞渗漏量随衬砌与围岩渗透系数比值增大逐渐增大,但比值大于50后,趋于稳定值.对于存在初始塑性区的无压隧洞,当衬砌不透水时,衬砌的塑性区较大;塑性区随衬砌与围岩渗透性增大逐渐减小,并趋于稳定.对于存在初始塑性区的有压隧洞,保持内压不变,随着衬砌渗透性的增大,塑性区迅速加大,但当衬砌与围岩渗透系数比值大于50后,塑性区不再变化;对于无初始塑性区的隧洞,保持内压不变,衬砌的渗透性对塑性区发展影响较小.     

旱地水窑形状参数分析计算

应用岩上稳定理论及力学知识,对我国干旱与半干旱地区集雨蓄水工程中常见的旱地水窑的合理断面形状进行分析,推导出该形式的主要几何参数理论计算式,为生产设计提供理论依据,便于生产应用。     

冻胀反力系数在渠道衬砌冻胀弹性地基梁模型中的应用

为了探究渠道基土在冻胀过程中的非线性变形特性对渠道衬砌冻胀的影响,基于冻土三轴试验结果,建立考虑围压和温度的邓肯-张本构模型,参考室内三轴试验测定基床系数方法,应用数值模拟法建立冻胀反力系数随被约束冻胀量变化的计算式,并基于有限差分法离散弹性地基梁平衡微分方程。模型考虑衬砌不同点因被约束冻胀量不同引起冻胀反力系数不同的取值问题,克服以往模型中冻胀反力系数取常量的不足。应用解析解验证模型的合理性,探究冻胀反力系数分别为变量与常量时在梯形渠道衬砌冻胀力学响应计算结果上的差异。结果表明,对于边坡和渠底衬砌板,常量冻胀反力系数计算出的最大冻胀反力是变量的1.43倍,计算出的弯矩最大值平均是变量的1.12倍。因此在采用弹性地基梁理论分析渠道衬砌冻胀问题时,若冻胀反力系数采用常量,不考虑冻土的非线性变形,会使得计算结果偏大。研究结果可为大型梯形渠道衬砌抗冻胀设计提供参考。     

裂缝对渗流场影响的数值模拟方法研究

【目的】研究裂缝对渗流场影响的数值模拟方法,为岩石、混凝土等材料裂缝渗流场的变化研究提供支持。【方法】在等效连续介质模型框架下提出渗透系数张量修正法,并基于流量等效原理推导出修正单元的渗透系数张量矩阵。应用有限元分析软件,分别建立裂缝位于构件边界和构件内部时的分析模型,应用渗透系数张量修正法得到的渗透系数张量表达式定义裂缝单元的渗透特性,将模拟所得渗流场与裂缝真实存在的数值分析结果进行比较,并通过改变修正单元的尺寸分析渗透系数张量修正法对单元尺寸的依赖性。【结果】修正单元为10倍裂缝宽度时,与精确解相比,各分析模型所得渗流量及相应断面孔隙水压的误差均小于0.5%。就单元尺寸依赖性而言,为满足工程精度要求,从渗流量角度分析,修正单元的尺寸应不大于600倍裂缝宽度;从孔隙水压角度分析,修正单元的尺寸应不大于200倍裂缝宽度。【结论】所建立的等效处理方法合理可行,当修正单元的尺寸不大于200倍裂缝宽度时,无论是渗流量还是孔隙水压,该处理方法均能满足工程精度要求。     

弧形钢闸门空间框架体系可靠度分析

根据《水利水电工程钢闸门设计规范》、结构可靠度理论及弧形钢闸门空间框架的失效模式,提出其空间框架体系可靠度计算的串联模型及计算方法;在对钢闸门基本构件可靠度研究的基础上,应用该串联模型及计算方法,分析了弧形钢闸门空间框架体系的可靠度。结果表明：按现行规范设计的双支臂弧形钢闸门空间框架体系的可靠度指标最低为３．４（１６Ｍｎ钢）或３．２（３号钢）,比基本构件的可靠度指标小０．８５,与建筑《设计标准》的可靠度指标一致。     

井孔偏斜弯曲对井管的作用力近似计算

为了研究井孔偏斜弯曲对井管的不利影响，首先对井管弯折产生的原因，过程、方式进行分析，然后应用材料力学知识，推导出附加弯矩及挤压力的理论计算公式，可以方便地在井管横断面设计，连接设计和校核计算中使用。     

碾压式沥青混凝土心墙冬季施工温度控制研究

碾压式沥青混凝土施工质量受工程所在地温度、气候等因素影响较大,对于极端寒冷地区施工在相应的规范中并没用特殊要求,施工组织难度较大,有冬季施工设备配套、温度控制、施工工艺参数、层面结合等问题需要解决。结合新疆库什塔依水电站碾压式沥青混凝土心墙坝施工环境及要求,通过现场沥青混凝土拌和、运输、摊铺及碾压温度控制试验研究及冬季施工实践,研究了该工程在室内配合比基础上根据现场调整的配合比,沥青混凝土拌和、运输、摊铺、碾压温度控制标准和措施。     

混凝土复合型裂缝最大拉应变断裂准则

根据线弹性断裂力学,推导出了复合型裂纹的最大拉应变断裂准则,并与最大拉应力理论、应变能密度因子理论作了比较、分析;最后引用了大量试验资料验证了最大拉应变理论的适用性。     

浅埋黄土隧洞施工过程数值模拟

【目的】针对浅埋黄土隧洞顶覆土薄,自稳能力差,特别是开挖初期变形增长较快,极易产生坍塌的特征,利用有限元方法模拟隧洞不同施工工序的施工过程,通过比较得出较为合理的施工工序,以指导工程施工。【方法】结合某工程输水隧洞具体施工问题,利用有限元分析计算软件ADINA,建立该隧洞的施工过程数值模拟模型,对上行法和下行法2种开挖过程进行数值模拟,分析2种施工过程中硐室周围土体所产生的应力、应变、屈服区以及位移等。【结果】通过对隧洞施工工序的模拟分析,得到上行法开挖时的拱脚压应力是下行法开挖时的1.5倍,对于拱顶位移和塑性区范围,上行法开挖均大于下行法。【结论】虽然该黄土隧洞埋深较浅,断面较大,采用人工分层开挖,下行法和上行法2种工序均是稳定的,但下行法优于上行法。