考虑黏结特性的水电地下洞室块体地震响应分析

在水电工程地下洞室的施工及运行过程中,地震作用下块体可能出现滑移失稳甚至破坏,将会给工程带来严重威胁,因此研究地震作用下地下洞室块体的抗滑稳定性具有十分重要的意义.实际工程中块体与周边岩体界面上存在黏结作用,而ABAQUS的接触属性中自带的抗滑模型未考虑该特点,为此建立了考虑黏结强度影响效应的地下洞室块体修正抗滑模型,完善了块体与基岩间的静态作用与动态相对滑动的影响机理.通过验证模型与工程算例,研究了块体在静态及动态荷载激励下的响应特征与稳定性,实现了抗滑模型合理性与有效性的验证.对比经典抗滑模型与修正抗滑模型的分析结果,在重力阶段最大竖向位移分别为1.04,cm和0.05,cm,在地震过程中的平均竖向位移与最大竖向位移分别为2.24,cm、3.91,cm和2.07,cm、3.38,cm.上述结果反映了块体在黏结特性的作用下具有更好的稳定性.依次改变抗滑接触属性中的关键参数,讨论了摩擦系数及黏聚力对块体响应与接触面动态特性的影响.     

复杂地质条件下地下洞室曲面块体地震响应分析

近年来我国兴建了大批大型地下洞室群,许多地下工程因地震而遭到破坏,因此地震作用下地下洞室的动力响应及工程安全问题越来越受到重视.局部块体是控制洞室稳定的关键问题,对块体进行地震响应分析具有十分重要的意义.针对洞室区域存在大量复杂地质曲面的情况,在曲面块体的快速识别方法的基础上提出了曲面块体的地震响应分析理论与方法,研究了基于三维地质模型的随机裂隙面生成及动态校核技术,运用改进的Newmark法——Hilber-Hughes-Tayor算法对复杂地质条件下曲面块体的地震响应进行了分析研究,并将其应用于我国西南某水电工程实例中.     

大型地下洞群的地震动力稳定性分析

节理岩体开挖后经常形成楔形块体,对大型地下洞室顶拱和边墙的稳定性构成威胁.地震的动力作用将加剧块体的运动,进而影响洞室的整体稳定性,合理地评价高烈度地区大型地下洞室的稳定性具有现实意义.节理岩体中地下结构的动力响应与稳定性分析目前研究较少.本文采用了动力离散元法分析了大型地下洞室群的动力响应,认为地下结构并不能完全免于震害,高烈度地震对于节理岩体中的地下结构有明显影响.     

地下洞室超挖预测的距离判别分析方法和应用

 超挖问题是隧道开挖施工中不可避免的问题。本文基于距离判别分析理论并结合工程实际,建立地下洞室块体超挖预测的距离判别分析模型;根据工程实例中影响隧洞块体超挖的地质特征与组成,选用两组节理、一组层面的产状,以及洞室结构面的延伸和间距等指标作为洞室超挖预测的判别因子;以21组实测的洞室地质参数数据作为学习样本进行训练,建立相应线性判别函数预测超挖块体大小,经过训练后的模型回判估计误判率为0。最后,从野外地质调查着手,结合某一抽水蓄能电站的实测地质资料,应用建立的判别函数对平洞4（PD4）的超挖块体大小进行预测。结果表明,距离判别分析模型预测精度高,回代估计的误判率低,为地下洞室块体超挖预测提供了一种新思路。     

基于萤火虫-支持向量机方法的地下厂房围岩力学参数反分析研究

将萤火虫算法应用于最小二乘支持向量机的核函数及其参数的优化,建立了萤火虫算法-最小二乘支持向量机反分析模型.结合溧阳抽水蓄能电站基本地质条件和监测数据,建立地下厂房块体离散元数值模型,反演获得围岩力学参数.研究结果表明:两个侧压力系数反演值分别为0.493、0.633,三类岩体弹性模量分别为11.82、5.48、2.33 GPa;将反演结果代入数值模型,最终得到的多点位移值与现场监测的位移值的最大误差为11.11%,满足精度要求;利用反演参数进行正演分析,基于地下洞室群开挖过程中的变形协同、应力分布、塑性区探讨了洞室群围岩稳定性.研究成果可为地下洞室稳定性控制提供参考.     

基于Vague集的地下洞室地震安全评价

针对地下洞室群安全评价研究相对匮乏,且研究中大多针对应力或位移等单一指标开展安全评价,其结果具有明显局限性的问题,基于集成强度折减法、粒子群优化算法、投影寻踪法及Vague集的集对分析模型等方法,以结构的竖向位移、水平位移、加速度及压应力等多个动态响应参量作为地下洞室地震安全评价的关键指标,提出了适用于大型地下洞室群多指标的地震安全评价方法体系。以某工程为例进行了大型水电工程地下洞室群地震安全评价研究,结果表明所选地下洞室的3个断面均处于安全稳定性较好的评价等级,验证了地下洞室群地震安全评价模型的有效性。     

不同地应力特征下超大跨扁平地下洞室水平地震响应分析

超大跨扁平地下洞室建设难度大、力学作用复杂,其地震响应研究目前尚处于探索阶段.为揭示超大跨地下洞室地震响应机制,依托国内某超大跨扁平洞室工程,采用动力时程法进行不同侧压力系数的洞室塑性区、Mises应力及位移的水平向地震响应分析.结果表明:地震作用下,围岩塑性区及塑性应变最大值均显著增加;静水压力条件下,围岩静力及地震...     

基于Voronoi块体模型的砂岩力学特性研究

PFC软件中球形颗粒和平行黏结接触模型(PBM)被广泛应用于岩石力学特性模拟研究.然而,球形颗粒和PBM存在两个明显缺陷:球形颗粒与岩石材料的晶粒形状相差较大;无侧限抗压强度与抗拉强度之比(压拉比)偏低.基于此,以山西吕梁地区典型砂岩为例,通过Voronoi剖分建立刚性块体数值试样,并使用软化黏结接触模型(SBM)对砂岩试样进行模拟分析.研究结果表明,基于刚性块体和SBM的数值模拟相较于传统基于球形颗粒和PBM的数值模拟而言,主要具有3个优点:与球形颗粒试样相比,刚性块体间自锁效应增大,刚性块体模型间的配位数明显提高,更能模拟真实砂岩的晶粒形状和晶粒间力学行为;软化黏结模型能模拟出砂岩更大的压拉比,更能真实表征砂岩在多应力路径下的力学特性;采用基于刚性块体和SBM的数值模型能够真实反映砂岩典型的剪切破坏模式.     

基于EFAST法的地下洞室静动力稳定参数全局敏感性分析

进行地下洞室静动力稳定参数敏感性的研究,可为地下洞室结构喷锚支护设计提供科学决策依据.本文采用基于全局敏感性分析的EFAST法对地下洞室在静力边界下围岩的应力、变形的参数敏感性进行了分析,并对有限元法与离散元法计算得到的敏感性结果作了对比分析.采用有限元法与块体理论,对块体的稳定性进行了分析,并采用EFAST法研究了块体受围岩岩体参数影响的动力敏感性.结果表明,在静力边界下弹性模量对围岩变形影响的敏感性最大、内摩擦角对洞室最大主应力影响的敏感性最大;对影响块体滑移的岩体参数的动力敏感性分析结果表明,得到的总体全局敏感性较大、一阶全局敏感性较小,表明块体滑移受单一岩体参数变化的影响程度较小,受多种岩体参数的联合作用的影响程度较大.     

基于改进的非连续变形方法的洞室围岩稳定性分析

为了更符合实际工程,拓展非连续变形分析(DDA)的应用范围,将DDA中自带的平面应力问题转换为平面应变问题,对平面应变模型进行算法分析,并在VC++平台下程序实现;将岩体DDA方法平面应变模型应用于大型地下洞室开挖,并将模拟结果与已有大型洞室的物理实验结果进行对比。研究结果表明:DDA方法中平面应力模型的改进可行,与物理试验结果吻合度较好;洞室围岩的破坏与开挖的关系密切;DDA方法平面应变模型应用于大型地下工程,可以更好地分析洞室围岩的稳定性。     

地源热泵中U型埋管传热过程的数值模拟

以钻孔壁为界将U型埋管的换热区域划分为钻孔内外两部分,并分别采用稳态与非稳态传热来分析求解,两区域模型间通过钻孔壁温耦合连接,以构成完整的埋管传热模型.对于钻孔以外部分,采用变热流圆柱源模型来求解钻孔瞬时壁温.钻孔以内部分,在考虑埋管流体温度的沿程变化及U型管2支间热干扰的基础上,基于能量平衡建立了钻孔内U型埋管的稳态传热模型.用所建U型埋管传热模型对地源热泵系统的运行特性进行了动态模拟,得出了埋管出口流体温度、钻孔瞬时壁温、单位埋管吸热量及热泵COP随运行时间的变化规律.所建埋管模型可为地源热泵系统的动态模拟、优化设计及其改进提供参考.     

平面单质体非线性振动系统的自同步运动

以反向回转平面单质体非线性振动机为研究对象，采用拉格朗日方法建立了其机电耦合动力学模型.基于该动力学模型以及电机的电磁转矩模型，对系统进行了数值仿真分析，定量研究了振动机在理想工作状态下两电机偏心块重合角不同时以及电机2的供电频率发生改变的情况下两电机及振动质体的同步运动情况.结果表明，当两电机各参数在一定范围内，系统可以实现稳定同步运行.最后，对该振动机在三种工作状态下进行了自同步实验，通过实验结果与仿真结果的对比，证明了仿真计算的准确性.     

发电市场环境下购电计划模型的研究

在电力市场环境下 ,发电商竞价上网 ,按照统一边际电价结算。研究发现 ,结算规则的改变要求对购电计划模型进行相应改造 ,否则会引起不公平现象 ,且导致最终用户电价上扬。论文指出了其根本原因是传统发电计划模型中蕴涵了“一机一价”的结算规则 ,建立了反映新的结算规则的购电计划模型 ,并对新模型的本质进行了深入探讨 ,指出可以通过求解有限个线性规划问题而得到该模型的精确最优解。在此基础上 ,论文尝试考虑机组跟踪负荷速率 ,设计了动态经济调度算法。算例表明 ,该算法有效。更为重要的是 ,其思路可以扩充到拥塞管理等众多类似模型的求解算法中     

基于超短基线的GPS测姿算法研究

针对超短基线下姿态测量结果稳定性差及可靠性低的问题,提出一种更加可靠稳定的基于超短基线的全球定位系统（global positioning system,GPS）姿态测量算法。构建了扩展卡尔曼滤波（extended Kalman filtering,EKF）模型,并对扩展卡尔曼滤波模型中测量噪声矩阵采用基于卫星高度角模型,得出比较准确的浮点模糊度;联立了载波双差观测方程和伪距双差观测方程,并采用改进模糊度最小二乘去相关平差法（modified least-squares ambiguity decorrelation adjustment algorithm,M-LAMBDA）进行快速模糊度固定解算;利用了滤波法进行姿态解算。实验结果表明,与其他测姿算法相比,该算法可适用于超短基线,能够提高姿态结果的稳定性与可靠性,在基线为20 cm静态环境中,该算法模型航向角的误差方差为0.1左右,航向角的绝对误差为2°左右。在基线为20 cm动态环境中,该算法模型航向角的误差方差为2左右,姿态角的绝对误差为3°左右。     

基于动态协方差建模的纵向数据特征筛选方法

为了使统计分析有效进行,特征筛选问题在超高维领域已被众多学者广泛研究;针对现存特征筛选方法不 能灵活处理超高维纵向数据的组内相关性问题,提出一个基于动态协方差建模的迭代特征筛选方法,并称之为迭代的动态特征筛选方法;在每次迭代过程中,均使用修正的 Cholesky 分解代替静态协方差矩阵建模方法对纵向数据的组内协方差矩阵进行动态建模,获得灵活的组内协方差矩阵估计,然后将所得估计代入广义估计方程中,并基于广义估计方程特征筛选方法的思想建立特征筛选准则进行筛选,最后当迭代算法收敛时得到最终的筛选子模型;引入随机模拟和酵母细胞周期循环基因表达数据集对迭代的动态特征筛选方法和基于广义估计方程的特征筛选方法以及其他 2 个经典的独立特征筛选方法进行测试,结果表明:迭代的动态特征筛选方法不仅可以快速地筛选出重要协变量,而且还能够更加灵活地处理纵向数据的组内相关性,拥有更高的筛选精度。     

相邻机器基础动力相互作用研究

将相邻基础作为一个整体,把土与基础视作一弹性共同作用体系,用大型结构分析软件对相邻机器基础进行了数值仿真模拟。分析了双台基础在水平荷载、垂直荷载以及水平摇摆荷载作用下,距离变化时的动力反应,并与单台基础时相应的荷载作用下的动力反应进行了对比;计算了双台机器正常运行,但有一个固定相位差时的动力反应,总结了相邻基础之间的相互动力影响规律。     

水泥土搅拌桩连拱抗滑墙加固软土地基边坡模型试验及数值分析

为验证水泥土搅拌桩连拱抗滑墙加固软土地基边坡的作用机制,在进行了系列室内模拟试验的基础上,对模型试验进行了数值分析。采用有限元方法,分析了水泥土搅拌桩连拱抗滑墙的传力机制,不同深度土层分担水平推力分布形式及大小以及加固区不同深度土层剪力分布的规律。研究表明,有限元数值分析方法计算所得到的结果与模型试验的结果比较接近,并证明了自行设计制作的模型槽对水泥土搅拌桩连拱抗滑墙加固软土地基边坡等类似工程进行室内模型试验的可行性。     

铁道车辆制动系统防滑控制仿真与试验研究

通过建立铁道车辆单轮对运动学模型、轮轨蠕滑力模型、制动过程的制动力开环与闭环控制模型,分析了单轮对制动工况下的防滑控制仿真方法.针对电空直通制动系统防滑单元,基于DSHplus软件建立了气路仿真模型与防滑控制策略仿真模型,通过与Matlab联合仿真,分析了电空直通制动系统防滑单元的气路特性与控制参数的选择,研制了制动防滑单元并进行了相关试验,结果表明,该仿真模型可用于模拟轮对制动过程的滑行工况,可用于防滑单元的集成设计与参数优化.     

考虑频变特性的约束阻尼结构建模与试验研究

为了提高黏弹性约束阻尼结构模型仿真精度,提出一种考虑频变特性的约束阻尼结构建模方法,并开展了试验验证.首先,对ZN-3黏弹性材料进行动态试验测试,基于最小二乘法获取黏弹性材料模量和损耗因子表达式;其次,根据ZN-3黏弹性材料损耗因子关系表达式,基于考虑频变特性的修正模态应变能法,求解了约束阻尼结构的固有频率和模态损耗因子;最后,以贴敷黏弹性阻尼材料的悬臂约束阻尼薄板为例,从理论与试验两方面校验,结果表明,考虑频变特性的约束阻尼结构有限元模型具有较高精度,与试验测试结果比较误差在5%以内,验证了建模方法的准确性.     

The dam design of Three Gorges Project

The dam of Three Gorges Project is a concrete gravity dam with the crest elevation of 185 m, the maximum height of 181m and dam axis length of 2 309.5 m. The dam consists of spillway, powerhouse, non-over flow, ship-lift, temporary ship-lock, left diversion wall and longitudinal cofferdam blocks. Some key techniques relating to dam structure design are presented, including hydraulics of flood discharge structure, dam joint design, layout and structural type of penstock, deep anti-sliding stability of dam foundation, reconstruction of temporary ship-lock and closed drainage and pumping of dam foundation.