充填管袋堆积体应力-渗流耦合模型试验

为探讨充填管袋堤坝管袋堆积体渗透各向异性及应力-渗流耦合关系,采用室内大尺度应力-渗流耦合模型试验,研究了多个管袋搭接形成的堆积体采用不同布置方式时上覆应力对管袋堆积体渗透特性以及渗透各向异性的影响。结果表明:管袋间接缝是堆积体渗流的主要通道,管袋按接缝平行渗流方向布置时,堆积体渗透系数远大于垂直方向布置,且易发生渗透破坏;随上覆应力增加,管袋堆积体的渗透系数逐渐减小,渗透各向异性逐渐增强,但不同布置方式时上覆应力的增加对堆积体渗透性的影响程度不同。     

岩体渗流应力耦合作用研究综述

系统阐述了岩体渗流应力耦合作用的研究现状与进展,探讨了渗流应力耦合模型的建立方法及解耦途径,论述了单裂隙面耦合特性的研究方法,对裂隙网络耦合理论中几个具有代表意义的渗流模型作了较详细的描述和比较。     

非饱和多孔介质应力渗流耦合分析研究

非饱和多孔介质进行应力场渗流场耦合分析时引入多孔介质有效应力原理,探究有效应力参数的确定。根据弹塑性理论,得到应力平衡方程,继而得到应力场方程。根据孔隙介质的连续性方程,得到渗流场方程。在以上控制方程组的基础上,加上定解条件,建立完整的非饱和多孔介质应力场渗流场耦合分析数学模型。通过土石坝的案例分析,得到数学模型在工程应用中的合理性。     

双层堤基管涌溃堤砂槽模型试验及渗流场特点研究

对双层堤基管涌溃堤进行了砂槽模型试验,对模型试验的流量和时间比尺进行了分析和讨论。通过有限元数值模拟,研究了管涌溃堤过程中渗流场变化的特点,分析并解释了砂槽模型试验中出现的难以理解的现象,对管涌发展机理和渗流场变化特点有了更深入的认识。     

考虑渗流应力耦合效应土石围堰断面方案研究

为研究围堰在降雨及水位变动下的渗流特性及边坡稳定情况,以阿扎德帕坦水电站下游土石围堰为例,对比两种不同围堰剖面设计方案,考虑短历时强降雨工况,基于非饱和渗流原理,对两种围堰断面方案在渗流应力耦合状态下遭遇水位变动和短历时强降雨时的渗流和边坡稳定性情况进行了有限元模拟.方案1结构较为简单,围堰上游边坡(背水坡)为1:1....     

渗流场和应力场耦合应力变形数值分析

土坝的实际运行和理论研究均表明,当大坝建成蓄水后,上游库水位的抬高将使水体在坝体和坝基中产生从上游到下游的流动,形成渗流场,从而对土坝原有的应力场产生影响,且这种影响是相互的,其实质是渗流作用下渗流场与应力场的耦合作用。本文结合具体算例阐述坝体在耦合作用下的变形情况。     

渗流应力耦合的基坑边坡稳定性数值模拟

根据渗流与应力的双向耦合作用,进行深基坑两级边坡的稳定性分析。通过与边坡监测点实测位移比较,确定耦合法更为准确,并采用有限元强度折减系数法确定了两级边坡的安全系数。耦合场的最大水平位移出现在坡顶,比不耦合法结果大。平台位置以上耦合法沉降位移大于不耦合法,以下两者基本接近。耦合法计算的总应力要略大于不耦合结果,与渗透应力的双向耦合作用是一致的,证明渗透力的影响是显著的。因平台宽度的影响,边坡滑动面由2段不同曲率的圆弧组成,平台位置为临界划分点,且滑动面向基坑底部延伸。     

高水压越江隧道联接通道渗流应力耦合分析

为直观了解冻土帷幕在高水压下的力学特性,掌握隧道联接通道开挖过程中渗流与应力耦合作用对冻土帷幕稳定性的影响,保证开挖过程的安全,采用大型有限差分软件FLAC^3D, 对联接通道的开挖过程进行了数值模拟。从渗流应力耦合的数值分析角度,详细研究了冻土帷幕中位移场、应力场、渗流场的分布情况;得出了不同水位对冻土帷幕力学性能的影响;孔隙水压力使冻土帷幕的结构受力更加“均匀”;并指出了容易产生应力集中的位置为冻土帷幕的底部与中部,所以施工中应该值得注意。研究成果可为今后的联接通道数值模拟与人工冻结法施工提供参考。     

岩体渗流-应力耦合裂隙网络模型研究进展

裂隙岩体结构复杂,岩体的渗流特性与应力环境存在着密切关系,渗流场对应力场同样也存在影响.在国内外相关研究的基础上,系统地归纳了岩体渗流-应力耦合裂隙网络模型的建立思路、裂隙处理方法等.提出地下岩体中裂隙网络是无法完全可观测的,实际得到的数据并不充分,在随机模拟时,如何选择反映实际岩体特性的随机分布还有待进一步研究,在耦合模型中如何更真实地表征裂隙随应力的变化关系也需进一步研究.     

岩体裂缝扩展的渗流-应力耦合分析模型

应用无单元法,对渗流场和与应力场耦合作用下的岩体裂缝扩展进行追踪。裂缝扩展计算采用断裂力学最大周向正应力理论。应力场和渗流场的耦合作用通过以渗透压力和渗透系数为交互因子的迭代计算考虑,其中裂缝区还考虑了裂缝中水对缝壁的拖曳力。裂缝扩展计算每一步所产生的新结构都要进行渗流-应力耦合分析,直至裂缝稳定为止。算例结果表明,所建数值模型能较真实地反映水流对裂缝扩展的影响,并能较好地模拟渗流-应力耦合作用下的裂缝扩展过程。     

地震作用下高面板砂砾石坝渗流-应力耦合研究

天然砂砾石料具有级配离散性差、间断性和施工易分离等特性,强震作用下大坝防渗体一旦发生破坏,将会带来不利影响。采用混凝土塑性损伤模型和堆石料广义塑性模型,对弱透水性高面板砂砾石坝进行动力有限元分析,确定面板损伤分布,进而计算坝体非稳定渗流场,建立以混凝土损伤模型和堆石料广义塑性模型为基础的非稳定渗流-应力耦合计算方法,分析在非稳定渗流作用下,大坝应力和变形的变化规律。结果表明:坝体为弱透水时,地震结束后大坝在非稳定渗流作用下,坝体小主应力显著减小,面板产生向上拉伸、向外弯曲趋势的位移增量,面板部分区域损伤值变大。评价大坝极限抗震能力时,除了考虑地震结束时面板的损伤状态,还应进一步考虑面板破坏后非稳定渗流对应力场的影响。     

裂隙岩体边坡稳定性的渗流与应力耦合分析

用裂隙岩体渗流与应力耦合分析的四自由度全耦合法对岩质边坡进行耦合分析,通过强度折减有限元法求解岩体边坡的稳定安全系数。四自由度全耦合法建立了同时以渗流水压和位移为未知量的耦合方程组,使得渗流场与应力场的求解能够一次性完成,与两场交叉迭代分析方法相比达到了彻底的完全耦合。通过强度折减,整个系统达到不稳定状态,有限元计算将不收敛,此时的折减系数就是安全系数。算例表明由此求得的边坡稳定安全系数和滑动面都与传统方法十分接近。     

基于ABAQUS渗流与应力耦合的边坡稳定性分析

探讨了渗流场与应力场相互作用机理,提出了考虑渗流与应力直接耦合作用的边坡稳定分析方法。基于ABAQUS分析软件,采用强度折减法分析了不考虑渗流和考虑渗流耦合及非耦合情况下某边坡的稳定性,结果表明:水的渗流作用对边坡稳定有显著性影响,渗流与应力场耦合对边坡稳定性有显著影响。     

风化砂岩公路隧道渗流-应力耦合数值模拟

以江西省宜春市宜遂高速公路风化砂岩高且隧道工程为例,利用有限元分析软件Midas/GTS三维模拟了高且隧道的施工和开挖过程,将所得结果与现场监测数据进行比较,研究了渗流-应力耦合对隧道稳定性的影响,比较了耦合与非耦合条件下隧道稳定性的变化。结果表明,在渗流-应力作用下,隧道稳定性受到明显影响,渗流主要发生在隧道仰拱和边墙处,各施工阶段断面孔隙水压力在拱底处最大,在拱顶处最小;对比非耦合条件,在耦合条件下隧道拱顶、拱底和水平收敛值均有所增加,孔隙水压力对不同岩性的隧道拱顶沉降有很大影响。     

胶凝砂砾石料渗流应力耦合作用细观模拟

胶凝砂砾石料以其优越的性能受到广泛关注,为了探究其在渗流应力耦合作用下的破坏特性,基于一种新的细观离散元模型——格构离散粒子模型(LDPM),建立了胶凝砂砾石料渗流应力耦合数值仿真模型。结合胶凝砂砾石料三轴压缩试验结果,标定了该模型参数。通过对比不同水压力作用下胶凝砂砾石料楔入劈拉试验的数值模拟结果,验证了基于格构离散粒子模型的渗流应力耦合模型在模拟胶凝砂砾石料上的适用性。模拟结果表明：随着水压的增大,胶凝砂砾石料楔入劈拉试验的峰值荷载与其对应的裂缝口张开位移值都会减小,试件破坏之前所承受的循环加载次数减少。通过细观破坏的机理分析可知：随着水压力增大,裂缝扩展过程区变短,水更容易注入裂纹尖端,材料的破坏模式更加趋于脆性破坏。研究结果可为渗流应力耦合作用下胶凝砂砾石料坝、围堰等水利工程中材料的破坏行为分析提供计算模型和参考。     

渗流与应力耦合作用下裂隙岩体稳定性分析

利用离散元软件UDEC分析了不同水位下裂隙岩体边坡内的渗流情况及岩体边坡稳定性。结果表明,水头越高,渗流对边坡的影响范围和影响程度越大,在15 m水头时,边坡产生较大变形且发生失稳破坏。借助对边坡关键点的变形历时曲线和渗流计算结果,研究了边坡在渗流情况下的破坏模式:边坡整体产生沿坡脚处所在结构面的剪切滑动,边坡后缘处所在的结构面产生拉裂破坏,坡面中部岩块有向临空面坍塌的趋势。     

锦屏二级水电站裂隙岩体渗流-应力耦合分析

如何准确地了解和预测隧洞周围裂隙岩体的渗流-应力耦合行为对锦屏二级水电站深埋高压引水隧洞的设计和施工有着重要意义.锦屏山裂隙岩体的渗透系数的空间非均质分布利用随机连续模型生成.通过顺序指示模拟方法生成的随机连续场随后被导入有限元程序进行两场耦合分析.计算结果表明,随机连续模型能够较好地预测锦屏二级水电站隧洞开挖过程中地下水的最大入渗率.渗透系数的空间变异性使得隧道开挖后围岩应力有明显的非连续性,对裂隙介质的耦合过程起着重要作用.同时,雨季降雨对隧道支护系统有着重要影响.补给水将引起外水压力短时升高,衬砌上的负荷增加,其弯矩增加了近22%.     

考虑渗流应力耦合的XFEM水压致裂模拟

推导了含裂隙饱和多孔介质的水压致裂全耦合问题的扩展有限元增量迭代求解格式。通过对含中心裂纹无限大平板的裂尖位移场解析解的分析,按Ⅰ型和Ⅱ型变形特征进行提取,构建了一种新型的内聚裂尖加强函数,使传统扩展有限元中受裂尖加强影响的节点由每个节点8个裂尖加强自由度缩减到2个(平面问题),大大减小了计算规模。以含中心斜裂纹的多孔介质平板为例,验证了内聚裂尖加强模式的正确性,并对两种裂尖加强模式的雅克比矩阵条件数进行了计算。结果表明:内聚裂尖加强模式下扩展有限元的计算精度与传统扩展有限元的计算精度同阶,且网格较密时,本文处理方法的计算精度高于传统模式的。最后将改进的内聚裂尖加强模式应用到混凝土重力坝的水压致裂模拟中,取得了良好的计算效果。     

高压水工隧洞透水衬砌渗流-应力-损伤耦合分析方法研究

在高压隧洞发电运行过程中,衬砌钢筋应力普遍小于设计预期,并未达到既安全又经济的效果。本文基于混凝土塑性损伤模型与透水衬砌理论,提出了透水衬砌渗流-应力-损伤耦合算法。基于大型通用有限元软件平台ABAQUS进行二次开发,通过Fortran语言调用实用程序GETVRM获取材料损伤,并利用子程序USDFLD实现了材料渗透系数随损伤的动态更新,完成了隧洞初次充水加压工况中衬砌损伤开裂的耦合分析过程,研究了衬砌损伤开裂、渗透孔压以及钢筋应力的演化特征,并探讨了衬砌与围岩有条件联合承载特性对耦合结果的影响。可以发现:计算所得的衬砌损伤开裂特征与衬砌压水试验结果吻合,完全联合承载与有条件联合承载两种情况下,衬砌钢筋应力表现出明显的差异,说明衬砌设计中未考虑衬砌与围岩相互脱离,即有条件联合承载,是隧洞发电运行时衬砌钢筋应力普遍小于设计预期的原因。本文提出的耦合算法所得到的结果与工程普遍规律相符,具有一定推广性,可以为衬砌设计问题提供一定参考。