基于MSA法的高心墙堆石坝地震沉降易损性分析

多条带分析法(MSA)是新近提出的一种针对离散强度因子的易损性分析方法,为结构安全评估提供了有效路径,但目前在土石坝工程领域应用较少。本文针对高心墙堆石坝,选取坝顶震陷率为性能指标,建议了轻度、中度和重度破坏三个等级;考虑地震动的随机性,采用MSA法开展了易损性研究,得到了不同破坏等级的易损性曲线和概率,为大坝的强震性能评价提供准则和参考;不同条带数量下地震易损性分析结果表明,适当减少水平条带数量,对易损性结果影响不大,这有利于计算工况的减少。     

根土复合体依赖根系含量的力学特性及非线性破坏准则

为研究植物根系对根土复合体力学特性的影响,开展不同根系含量下的根土复合体三轴试验,分析了根土复合体依赖根系变化的力学特性,建立了根土复合体非线性破坏准则。研究结果表明：根系通过提供抗拉能力来提高土体抗剪强度,根主要影响土体黏聚力,对内摩擦角影响较小;当根系含量为0.36%时,黏聚力增加了64.91%;主应力差随应变的增加显著,当轴向变形>2%时,主应力差变化缓慢;试样破坏时表现为剪胀破坏,产生纵向裂缝;随着围压的增大,根土复合体破坏的剪胀效应减弱;初始切线模量随围压及含根量的增大而增大;根土复合体破坏应力比最大值为0.99,最小值为0.63;基于含根量的变化,非线性强度破坏准则反映了根土复合体的破坏特性,破坏包络线在低围压下表现为非线性,高围压下为线性,线性与非线性变化的临界应力与围压的大小有关。     

面板堆石坝面板顺坡向挤压破坏机理的试验研究

本文针对面板堆石坝面板顺坡向挤压破坏的钢筋压曲凸起问题开展了试验研究,采用了配有单根立筋的混凝土柱受压试验来模拟面板顺坡向的挤压破坏。试验结果证实了以往研究中无箍筋钢筋混凝土立柱抗压强度低于素混凝土柱、且钢筋保护层厚度越小强度越低的推测。与素混凝土柱相比,保护层厚5 cm钢筋混凝土柱的强度降低约10％。根据试验的破坏荷载结果,通过已有理论解反推出了立柱的侧向支撑刚度k,对于保护层厚5 cm和8 cm立柱k值相应为0.841 N·mm^-2和1.032 N·mm^-2。经过试验结果分析,发现钢筋混凝土立柱各截面不服从应变平面假设,受压中钢筋没有同混凝土一起协调变形,钢筋与混凝土之间相互作用强烈。本研究结果再次说明,限制钢筋的侧向变形是防止面板顺坡向挤压破坏的根本措施。应开展可模拟混凝土中钢筋压曲的挤压破坏数值模拟研究,为这些措施的量化设计提供依据。     

带初始材性缺陷梁加固后力学模型研究

既有混凝土结构难免存在带有初始材性缺陷的 ＲＣ构件,其加固可行性及力学行为与正常混凝土构件不同,当前缺乏针对性研究成果。为此,采用玄武岩纤维（ＢＦＲＰ）布加固了 2根混凝土材性不符合设计要求的 ＲＣ梁,另有 1根未加固梁作为对比梁,共计测试了 3根梁。通过试验加载观察缺陷梁在加固前后的受力特征、破坏模式和极限抗弯承载力,分析相应的力学模型,最后根据极限状态下的破坏模式,采用“系杆 －拱”模型推导出缺陷梁加固后极限承载力计算公式。结果表明:随着外荷载和破坏程度的增加,加固梁由正截面抗弯模型进化到“梳状拱”受力模型,再变为极限状态下的“系杆 －拱”模型;梁底 ＢＦＲＰ布加固结合梁端 Ｕ型锚固措施可以有效提高缺陷梁的抗弯刚度、屈服荷载和极限承载力;提出的承载力计算公式计算值和试验值吻合良好且适中保守。     

基于流固耦合的南水北调渠道结构动力破坏机理研究

以南水北调中线渠道工程为研究对象,建立了水体-结构-地基耦联体系的渠道模型,运用Fluid 30单元实现水工结构流固耦合计算,计算了地震工况下的渠道结构的破坏情况。计算结果与Westergaad传统方法进行对比,验证了Fluid 30单元方法的正确性。研究结果表明,Fluid 30单元耦合方法计算的结构频率均值较传统方法增加10.93%,渠道结构进行地震分析时,水体的流固耦合效应不容忽视;渠道衬砌板分缝处为最薄弱部位,且出现了应力集中,每个纵缝处下表面均出现了较大的拉应力;衬砌结构在地震中可视为做整体移动,衬砌上表面比下表面所受的压应力更大,而在接近分缝处这一情况恰好相反。     

缓倾顺向软弱夹层岩体边坡变形机理及稳定性研究

以贵州某边坡为例,基于FLAC3D平台建立含软弱夹层岩体边坡模型,等间距监测边坡垂直开挖后软弱夹层的变形特征可知,此类边坡失稳是沿软弱夹层向临空面缓慢滑动的过程,具有明显的渐进性,属于滑移-拉裂模式。为探究软弱夹层力学参数对此类边坡稳定性的影响,适当扩展软弱夹层参数粘聚力c、内摩擦角φ的范围,采用控制变量法对比分析强度折减法和极限平衡法的计算结果表明,极限平衡法计算偏于安全;软弱夹层参数对边坡稳定的敏感性为:内摩擦角φ粘聚力c。     

不同温度条件下水工沥青混凝土抗压特性及防渗性能试验研究

为研究水工沥青混凝土在不同温度条件下的力学特性和经荷载作用后的防渗性能,在-30℃～30℃条件下对其进行了抗压试验研究,并对荷载和温度作用后的试件进行了渗透试验分析。试验结果表明:温度对水工沥青混凝土的应力-应变全曲线、抗压强度、弹性模量、峰值应变以及破坏模式等力学特性有显著影响。对比水工沥青混凝土在-30℃～30℃条件下应力-应变全曲线特点,可推断-10℃～0℃为其应力-应变特性变化的过渡温度区间。水工沥青混凝土的抗压强度和弹性模量随温度的升高而降低,峰值应变随温度的升高而增大。基于试验结果,本文提出的经验公式较好地反映了抗压强度、弹性模量以及峰值应变随温度变化的规律。在-30℃～0℃条件下,水工沥青混凝土的破坏模式主要为骨料开裂和沥青胶浆与骨料的黏结破坏;在10℃～30℃条件下,破坏模式主要为黏结破坏。此外,水工沥青混凝土经荷载作用后的防渗性能与温度环境有关。在10℃～30℃温度环境中,水工沥青混凝土承受7%的轴向压应变后,其渗透系数仍在10-7～10-6cm/s量级,防渗性能良好。     

考虑接触行为的U型渠道冻胀数值模拟

U型衬砌渠道具有良好的整体性和冻胀适应性,但在冬季仍极易因土体冻胀而导致破坏。考虑渠基冻土与衬砌接触面冻结的非线性特性和冻土、混凝土材料的塑性特征,建立能分析渠道基土与衬砌间挤压、脱开及滑移等接触力学行为的渠道冻胀破坏热力耦合数值模型。以宝鸡峡灌区塬下北干渠为原型渠道,按照模型是否考虑接触分别进行冻胀数值模拟,并对模拟结果进行对比分析。结果表明:考虑接触的模型模拟结果与原型实测值更相符,更能合理地解释U型渠道冻胀在渠底与阴坡衔接处冻胀量最小;考虑接触的混凝土塑性应变最大值是不考虑接触时的3.76倍;考虑接触的法向冻胀力和切向冻结力更均匀,最大值均减少1.5~3.0倍,应力集中现象减弱,更能反映混凝土衬砌板与渠基土之间的滑移变形与破坏准则的相互作用。研究结果为U型衬砌渠道冻胀破坏规律提供了分析方法。     

多溶洞地层桩端极限承载力下限有限元法分析

为计算多溶洞地层桩基的极限承载力,通过MatLab平台编制了用于分析多溶洞地层桩端极限承载力下限的有限元法计算程序。采用平面应变模型,并假定材料符合Mohr-Coulomb准则和塑性关联流动法则。定义无量纲参数N来衡量各参数对桩端极限承载力的影响。根据桩与溶洞间的相对位置关系,详细探讨了6种工况下桩端极限承载力的变化规律,并分析了嵌岩深度h_r、上覆土层自重q_s和溶洞直径D的影响程度。分析结果表明:桩端极限承载力随h_r的增大而增大,随D的增大而减小,而q_s的影响基本可忽略不计。此外,还对不同工况下桩端的极限破坏模式进行了分析。最后,通过考虑无溶洞、有溶洞下的2种桩基算例,验证了本文方法的正确性。     

基于赤平投影方法的周宁抽蓄电站边坡块体破坏模式识别

岩质边坡的变形和破坏主要受岩体中发育的结构面控制。采用赤平投影法开展岩质边坡破坏模式分析,可以方便地确定结构面之间的组合关系,实现对典型块体破坏风险模式的识别。以周宁抽蓄电站下库坝址区边坡地质与工程条件为背景,开展基于赤平投影法的边坡随机块体破坏风险模式预测分析。结果表明,边坡具有形成块体破坏的结构面条件,且平面滑移和楔形体失稳是施工期可能面临的主要破坏模式;赤平投影法对边坡破坏模式预测的合理性和适用性通过施工期岩体现实破坏表现得到实践验证。