摘要：随着堆石坝高度从200 m级向300 m级迈进,大坝变形协调控制变得尤为重要,基于参数反演的堆石坝有限元模拟是进行变形性态评估的常用手段之一。为探讨不同参数反演策略在高心墙堆石坝中的适用性,本文进行了参数联合反演与解耦反演策略对比研究。采用神经网络构建有限元正算的代理模型,采用群体智能优化算法进行迭代寻优,反演得到静力、流变和湿化模型参数。相较于人工干预少、效率高的参数联合反演方法,参数解耦反演方法通过分阶段、分区域的材料参数反演,能够更合理地反映填筑蓄水过程对堆石坝变形的影响。基于解耦反演参数计算的坝体变形与实测值吻合良好,更有效地揭示了坝体在填筑、蓄水及长期运行过程中的变形空间分布和演变规律。

摘要：确定爆炸荷载是高拱坝抗爆性能评估和抗爆设计的前提。为此,开展了高拱坝水下爆炸模型试验,并结合数值模拟方法,研究了高拱坝水下爆炸冲击荷载特性。以原型拱坝按1∶200缩比设计和制作了拱坝模型,测量了水下爆炸作用下库中以及拱坝表面的冲击荷载;采用Abaqus软件进行了拱坝水下爆炸数值模拟,结合试验数据验证了数值模拟的可靠性。研究结果表明,高拱坝水下爆炸冲击荷载可分为三个部分:首波爆炸冲击荷载、岸坡反射爆炸冲击荷载以及基底反射爆炸冲击荷载;对于库中起爆工况,高拱坝中心区域受到首波冲击的影响较大,而底部和靠近岸坡的区域则受到反射波的冲击较大,反射波在这些区域引起了较大的速度响应,在高拱坝的抗爆设计以及性能评估中,应考虑反射爆炸荷载的影响。研究成果可为高拱坝抗爆设计以及抗爆性能评估提供参考。

摘要：我国西南地区河谷深切,坝址区地貌及地质条件复杂,地下厂房的位置往往离库区较近,水库蓄水后,地下厂房围岩渗流特性将成为影响工程安全和正常运行的重要因素之一.为减小厂区渗漏并改善厂房围岩的渗透稳定性,工程设计采取防渗帷幕、排水孔幕和排水廊道等渗流控制措施.采用子结构、变分不等式和自适应罚函数相结合的方法(简称SVA方法),开展了牙根二级水电站厂区整体三维渗流场分析,评价了厂区围岩渗流控制方案的合理性,并论证其优化的可能性.研究结果表明:厂区防渗排水系统的渗流控制效果显著,防渗排水系统设计方案总体上是合理、有效的;厂区上部排水系统对于以库水渗漏为主的渗流控制不起作用,高高程排水孔幕的间距可适当放宽;厂区副排水孔幕对减少厂区各洞室渗漏量、降低厂区围岩孔隙水压力并改善围岩的稳定性具有显著作用.

摘要：针对西南地区水电工程中岩爆频发的问题,提出在洞周向围岩内部切缝的方法防治时滞型岩爆。从理论分析、数值模拟和施工工艺3方面探讨了切缝法防治时滞型岩爆机制与方法。切缝为环向应变提供变形空间,降低了围岩表面的环向应力大小。切缝底部及切缝间形成的塑性区,消耗了围岩中的部分弹性应变能。理论分析和数值模拟的结果表明,合理布局切缝的部位、间距及数量可以提高防治的效果,在实际操作中还应根据围岩的特性合理选择和设计切缝的成型方案,如采用破碎孔和聚能预裂爆破等方法,以准确控制切缝尺寸。

摘要：为了研究不同约束模式对单颗粒破碎的影响,通过改变颗粒的接触状态(接触点个数、接触角度)设计一系列约束模式.对描述颗粒接触状态的二维矩阵进行奇异值分解(SVD),得到量化颗粒约束状态的特征值.基于Voronoi图生成试样的随机不规则网格,在连续-离散耦合分析方法(FDEM)的基础上建立颗粒模型,研究颗粒的破碎强度和破碎形式与约束模式之间的关系,建立考虑颗粒约束模式的破碎阈值模型.通过大量的数值模拟结果可以看出,在颗粒破碎过程中,靠近竖直加载轴线的约束部位出现初始裂纹,并逐渐发展成为宏观贯穿裂缝,继而圆周侧向约束部位出现向顶部或底部约束部位扩展的裂纹.颗粒接触点或者配位数越多,SVD分解得到的平均奇异值越大,颗粒破碎阈值越高.在接触点或者配位数相同的情况下,约束模式对应的平均奇异值越高或偏状态程度越低,颗粒抵抗破碎的能力越强.

摘要：在大型地下洞室的建设中,高地应力已然成为洞室开挖后影响围岩稳定的关键因素。为保证围岩稳定和评价支护设计的效果,需要对初始地应力场进行反分析。通过对初始地应力场分布规律和计算方法的研究,认识到初始地应力场分布受空间位置和边界条件影响规律与变差函数的区域化变量理论高度契合,由此提出一种基于变差函数概率统计理论的初始地应力场反分析方法。该方法从空间距离和埋深2个基本因子出发,研究区域化变量的合理表达,并运用最小二乘法原理拟合出适合地下工程初始地应力场反分析的球状模型参数。运用球状模型函数对有限的实测点插值,获得工程设计所需的初始地应力场数据,并能反映地形地貌的影响。进一步采用增量变塑性刚度理论模拟地下厂房开挖过程,求得的围岩变形及塑性破坏区分布与监测规律相符。

摘要：研究了基于Copula函数的抗剪强度参数联合分布模型对岩土结构物系统可靠度的影响规律,揭示了抗剪强度参数间相关结构对岩土结构物系统可靠度影响的过程。介绍了不完备概率信息条件下基于Copula函数的抗剪强度参数联合分布模型构造方法,提出了Copula理论框架下岩土结构物系统失效概率计算的蒙特卡罗模拟方法,以典型岩土结构物如挡土墙和岩质边坡为例研究了Copula函数对系统可靠度的影响。结果表明:Copula函数为不完备概率信息条件下抗剪强度参数联合分布模型的构建提供了一种有效的工具。不完备概率信息条件下岩土结构物系统可靠度不唯一,不同Copula函数计算的系统失效概率差别非常大,这种差别在实际工程可靠度设计中应该引起重视。Copula函数对系统可靠度的影响分为两个机制不同的阶段,首先是参数间相关结构对系统中单一失效模式可靠度的影响,其次是每一个失效模式对系统可靠度的影响。

摘要：地震作用下水工隧洞混凝土衬砌结构的动态响应是工程设计和安全评估的重要内容,建立科学合理的混凝土动力本构模型以及内水与衬砌动力耦合作用分析方法是衬砌结构抗震研究的关键环节。基于应变空间静力损伤本构的基本思路,对3维应力状态下混凝土静态拉、压损伤变量进行定义和求解;在此基础上,考虑静、动态荷载作用下混凝土本构关系曲线的相似性特点,建立了适宜编程的混凝土动态损伤本构模型。基于单相固体介质和流体介质动力分析的显式有限元法,结合耦合界面的边界条件,建立了水工隧洞内水与衬砌耦合作用的动力显式有限元分析模型,该方法可以直接进行逐步积分,无需联立方程组求解,大大简化了计算过程,可以方便地用于分析多种介质的波动传播问题。针对某水电站引水隧洞工程进行了实例分析,计算结果表明:1)各部位混凝土衬砌处于同步震动状态,但腰拱部位位移明显小于顶拱和底拱部位;2)地震作用下混凝土衬砌迅速进入损伤开裂状态,腰拱部位衬砌应力增加明显,损伤破坏严重;3)开裂破坏区由腰拱逐渐向两端扩展,与内水直接作用的内层衬砌结构是抗震设计的薄弱环节。该模型能够合理地反映水工隧洞混凝土衬砌的地震动响应特性,并为水工隧洞抗震设计提供了一种有效的分析方法。

摘要：岩体动力学参数的准确、快速获取对水利工程设计、施工及建设起着重要作用。尽管可通过现场原位试验、经验关系法等传统方法对其进行评估,但上述传统方法均存在耗时长、投资大等缺点,且难以准确快速的获取大尺度岩体动力学参数。本文通过分析地表实测爆破振动波形,识别出各测点P、S波初至到时,进一步给出各个测点区间内P、S波的平均传播速度,提出基于地表实测振动的岩石动力学参数预测方法。并以丰宁抽水蓄能电站为例,基于爆破试验实测振动数据反演的岩体动态模量约为北京勘测设计研究院推荐使用的静态模量值的2.2～2.9倍,动泊松比为静泊松比的0.9～0.975倍。提出的基于地表实测振动预测岩体动力学参数的方法为工程尺度下快速获取岩体动力学参数提供了一条新途径。

摘要：考虑岩土体渗流场在工程施工及运行过程中的动态特征,依据水头和流量2类测点的实测时间序列数据,建立基于正交设计、非稳定渗流正分析、BP神经网络和遗传算法相结合的非稳定渗流场反演分析方法,在一定程度上体现了多目标优化、全过程反演的特点,较好地解决了岩体渗透系数反分析的唯一性与可靠性问题。为了避免在反问题中由于利用水头和流量2种类型观测资料所带来的量纲问题,将水头和流量时间序列数据误差项归一化后构造量纲一化的目标函数,并在目标函数中引入权系数w,从而避免寻优时某一类型观测信息占优。针对长河坝水电站基坑施工期涌水问题,根据施工期各渗压计、基坑渗漏量实测时间序列资料和上游河水变化过程曲线,采用上述方法反演了坝基岩土体的渗透系数。反演分析结果表明:渗压、流量测点的实测和计算时间序列数据吻合较好,反演给出的各岩土体渗透系数与现场钻孔压水试验得到的岩体渗透特性分级相符,从而论证了该反演分析方法的可行性和反演结果的可靠性。研究结果为进一步评价大坝正常蓄水后坝基防渗体系的有效性提供了依据。