摘要：基于罚函数法的点对面形式因其具有显著的简便性而在工程领域内应用广泛。针对罚因子可能引起矩阵病态的缺陷,采用局部坐标系下的相对位移作为与接触相关的广义自由度,大幅提高了罚因子的取值上限,且无需使用专门的矩阵预处理子即可用于求解大规模接触问题。针对点对面存在投影奇异性及结果振荡的风险,发展采用径向基点插值法的三维曲面光滑方法,其优势在于网格适应性极强且不损失曲面精度。将双向链接边表作为三维接触面的数据结构,有效地降低了接触邻接搜索的计算代价。基于以上改进,开发大型非线性接触分析有限元计算程序,数值算例的结果表明,该计算程序具有较强地描述位移不连续现象的能力,能有效求解接触非线性方程,可用于模拟大规模地下工程中的复杂多体接触问题。

摘要：堆石料流变变形是高土石坝工程长期变形的重要来源之一,过大的长期变形可导致发生坝体裂缝和面板挤压破损等问题。目前常用的流变模型主要是根据单级加载流变试验成果建立的,未考虑多级加载情况下堆石料加载变形和流变变形之间的相互影响。研制了三轴仪油压伺服轴向应力稳压器,实现了应变控制进行应力加载和应力控制进行稳压流变的联合控制模式,据此提出了一种进行多级应力加载和流变的三轴试验方法,可有效避免流变的起算时间问题。采用糯扎渡弱风化花岗岩堆石料,进行了系列的多级加载三轴流变试验。根据试验结果,探讨了多级加载条件下堆石料应力应变曲线的分段特性,发现堆石料流变变形会引起堆石料的塑性硬化,可使得堆石料在后续应力加载的一定范围内处于弹性再加载状态。基于弹塑性理论,探讨了堆石料流变硬化特性的作用机理,表明堆石料流变的硬化特性具有普遍性,是流变的一项固有属性。

摘要：面板挤压破坏是影响超高面板堆石坝安全的核心问题。总结分析了国内外数座典型超高面板堆石坝工程中发生的面板挤压破坏现象及特征。论述了面板纵缝转动接触挤压效应的发生机制,认为由坝体变形所导致的面板转动挤压和位移挤压是导致面板发生挤压破坏的本质原因。基于非线性接触力学的方法,自主开发了可描述面板坝复杂多体接触特性的计算方法和三维有限元计算程序系统。使用局部子结构模型对面板纵缝的转动接触挤压效应进行了分析。计算结果表明,转动挤压和位移挤压均可在纵缝两侧面板表面部位引发严重的应力集中,可从量值上解释面板发生挤压破坏时面板中部挤压应变实测值和计算值仍远低于混凝土极限抗压应变的现象。

摘要：采用基于对偶mortar元的计算接触力学方法,推导了可用于非协调网格的非稳定温度场求解格式,发展了考虑温度应力及非线性接触的热-力耦合计算方法,自主开发了相应的有限元数值模拟程序。对一理想高面板堆石坝进行了考虑夏季太阳辐射作用的热力耦合精细化计算分析。计算结果表明,在夏季太阳热辐射作用下,水上面板的上表面可发生较大的温度升高,最大温度可达51.6℃,并造成面板坝轴向挤压应力显著增大,最大可达22.3 MPa。此时,面板最大挤压应力发生在河谷中部面板的顶部,且挤压应力的高值主要分布在面板上表面的薄层中。这些特点与实际工程发生面板挤压破损的现象相似,表明夏季太阳热辐射所致的面板温度应力,是使面板发生挤压破损的重要原因之一。