基于工程类比法的面板堆石坝流变变形反馈

针对进行堆石体流变分析时,不同文献给出的轴向应变、体积应变和广义剪切应变的关系式存在差异,本文假设体积流变和剪切流变变化规律不同,由推导的三维流变速率计算公式导出了轴向应变、体积应变和广义剪切应变的合理关系式.然后针对室内试验参数一般与堆石坝实际参数差异较大,对于待建的面板堆石坝不能及时获得实测变形进行堆石坝参数反馈的问题,本文采用工程类比法探讨面板堆石坝材料参数反馈,即选取坝高、上下游坡比、谷形系数、堆石料岩性等相近的已建面板堆石坝的实测资料,结合堆石坝流变数值计算,进行待建面板堆石坝材料参数的反馈,分析表明,类比已建面板堆石坝的实测特征变形,待建面板堆石坝的模量系数约为室内试验值的0.7倍左右;考虑流变变形后,待建面板堆石坝最大沉降为坝高的0.667%~0.720%,面板挠度为堆石体最大沉降的0.252~0.272,坝顶增量沉降随流变参数c值的减小而增大,但量值较小,运行3a后的坝顶增量沉降为3.537 cm.     

复杂条件下特高土石坝建设与长期安全保障关键技术研究进展

我国是世界上200 m以上特高土石坝数量最多的国家,复杂建坝条件和运行环境给这些高坝大库的建设和长期安全保障带来了严峻挑战.本文介绍了近年来我国在复杂条件下特高土石坝建设与长期安全保障关键技术等领域的主要研究进展:揭示了筑坝粗颗粒土石料力学特性的尺度效应、细观及劣化机理,建立了可考虑加载与流变耦合效应的堆石体流变计算模型;基于计算接触力学方法提出了高土石坝复杂接触系统数值模拟方法,并运用于面板坝面板损伤和心墙坝坝内廊道破损机理研究;研发了变形与渗流耦合的试验装置,进行了防渗土料渗透特性、坝体和坝基防渗系统服役性能试验;基于当量密度法提出了覆盖层密度的旁压试验方法,并进行了相关现场试验;研究提出了300 m级特高面板坝复式结构、坝体增模技术及面板设计方法;依托大石峡工程提出了特高面板砂砾石坝的安全评价和控制标准.上述研究成果已为如美心墙堆石坝、大石峡面板砂砾石坝等特高土石坝工程设计和优化等提供了重要的科技支撑.     

不确定概率分布下的重要性测度及其稀疏网格解

针对基本输入变量概率分布信息不可准确预知的情况，对基本变量基于方差的重要性测度进行分析，建立了随机不确定性分布参数，区间不确定性分布参数以及随机和区间混合不确定性参数条件下的3种重要性测度指标．该指标体系能够反映3种不确定性分布参数条件下，输入变量对结构系统输出性能的影响．由于基于方差的重要性测度计算量大，文中采用稀疏网格方法在每一分布参数实现值处进行计算．针对3种不确定性分布参数情况，分别利用稀疏网格方法和稀疏网格方法结合遗传算法对所提的重要性测度指标进行计算．通过数值算例和工程算例说明所提指标的合理性和所采用方法的高效性．     

高堆石坝筑坝材料宏细观变形分析研究进展

随着我国水电事业的快速发展,高堆石坝的建设已达200～300 m级.超过200 m级高堆石坝将表现出与以往明显不同的变形特性,其变形控制是工程建设的难点之一.由于堆石体等筑坝颗粒材料宏观上连续,而细观上离散,易发生颗粒破碎,其本构模型与变形机理尚未明确,因此需要从宏观和细观两个层面对其应力变形特性进行研究.本文总结了近年来高堆石坝及筑坝堆石体在宏细观变形方面的研究进展,着重对高堆石坝宏观本构研究及参数率定、筑坝堆石体细观力学研究方法、细观变形机制以及堆石料缩尺效应等方面做了介绍,并对后续高堆石坝建设过程中筑坝材料的变形控制的研究趋势进行了展望.     

碾压混凝土坝力学参数的反分析

针对碾压混凝土坝力学参数的多样性和复杂性,利用碾压混凝土坝力学参数和坝体位移间复杂的非线性关系,将均匀设计法、偏最小二乘回归（PLS）和最小二乘支持向量机（LSSVM）灵活地应用于碾压混凝土坝力学参数的反分析中．首先利用均匀设计法设计出碾压混凝土坝力学参数的样本,再利用MSC．Marc软件,建立碾压混凝土坝横观各向同性模型,然后,通过建立的碾压混凝土坝横观各向同性模型得到LSSVM模型的训练样本,进一步建立坝体位移水压分量相对值和力学参数间复杂的非线性关系,最后利用PLS法分离出实测坝体位移的水压分量相对值,并将其输入到训练好的LSSVM模型中,即可得到碾压混凝土坝力学参数的反分析值．实例分析表明,通过上述反分析方法得到的力学参数是合理的,该反分析方法是可行的     

基于随机-区间混合不确定性的风机性能可靠性分析

针对抑制风机性能失效的工程问题,基于可靠性分析理论,将拉丁超立方试验设计、近似模型与计算流体动力学分析技术相结合,研究了一种基于响应面的风机性能混合不确定性分析方法.该方法通过引入区间不确定性,有效地解决了由于缺乏实验样本而导致的知识不确定性建模问题,极大地扩展了可靠性分析技术在流体机械研究中的适用性.引入随机和区间不确定性参数对风机系统进行描述,基于传统的一阶可靠性分析方法,建立了风机性能的随机-区间混合可靠性分析模型.采用重整化群湍流模型计算了风机的流量、压力、轴功率、效率等性能参数,得到了性能函数.由于计算流体动力学的计算效率较低,研究了响应面求解混合可靠性模型的有效迭代算法,并计算了风机性能失效概率区间.应用该方法对某轨道交通列车风机性能进行研究,分析了风机全压的失效概率和可靠性指标与不确定参数的灵敏度问题,甄别了不确定性参数对系统可靠性的影响,并从可靠性角度提出了提高风机性能可靠性的工程措施.     

基于证据推理的故障预报模型

为处理存在定量与定性不确定性信息的非线性复杂系统故障预报问题,建立了基于证据推理(evidential reasoning,ER)的故障预报模型,提出了ER预测模型的参数优化方法.该模型利用ER算法可以处理精确数据、不完整数据、模糊数据的能力,及其非线性融合的特性,对模型的输入信号,通过信息变换技术转化到信度结构框架下,应用解析ER算法对输入信息融合,根据输出数据的类型,构造相应的预测输出,给出了故障识别方法.针对ER预测模型参数难以精确的主观确定的困难,建立了非线性优化模型,对模型参数进行优化学习,获取最优模型参数.通过实验对ER预测模型的性能进行了分析,结果表明,建立的预测模型和参数优化模型可以有效的处理故障预报问题.     

基于改进IDA的混凝土坝地震易损性研究

针对目前混凝土坝易损性分析研究中震害等级划分多采用单一指标以及增量动力分析法(IDA)中选取步长增量时未考虑结构响应等问题,本文提出基于改进IDA的混凝土坝易损性分析方法:首先采用功效系数法以位移、应力、损伤区域为指标对坝体结构破坏进行综合评价,并应用变权模型考虑指标数值对指标权重的影响;然后通过计算得到的坝体综合破坏指数,根据坝体震害等级划分采用变增量步长法改进IDA法,从而可以更加全面地计算分析坝体在不同强度地震作用下从弹性状态到完全破坏的结构响应过程;最后,以某混凝土坝挡水坝段为例,建立有限元模型计算结构地震响应,应用改进IDA法绘制其地震易损性曲线.结果表明,该方法可以分析坝体结构在不同地震强度作用下产生各个等级破坏的概率,进而为混凝土坝结构抗震安全设计等提供理论依据.     

基于vine copula函数的结构不确定性传播分析

现有的不确定性传播分析方法大都假设各输入变量相互独立,然而实际工程中,很多变量间具有相关性,特别是多维相关性问题广泛存在实际工程中.为此,本文提出了一种基于vine copula函数的结构不确定性传播分析方法,为复杂多维相关问题的不确定性传播分析提供了一种有效工具.首先,根据随机变量的样本由vine copula构造输入变量的联合概率密度函数;其次,先由Rosenblatt变换将相关变量转换成独立变量,再由降维积分法计算响应的前四阶原点矩;最后,由最大熵原理计算响应的概率密度函数.算例分析表明,本文方法在计算精度和计算效率方面具有较好的综合性能,能够用于变量间具有相关性的复杂工程问题的不确定性传播分析.     

参数不确定情况下结构系统重要性分析

为分析随机变量分布参数的主观不确定性对结构系统安全性能的贡献,建立了分布参数主观不确定性对结构系统功能函数和可靠度指标基于方差的重要性测度模型.通过对功能函数的各阶矩进行一阶泰勒展开,将局部参数灵敏度的计算和重要性测度的计算联系起来,并利用功能函数的各阶矩来近似结构系统的可靠度指标,从而建立主观不确定性参数对功能函数和可靠度指标影响的重要性测度求解方法.通过对数值算例和工程算例的分析,对比说明了文中方法在保证计算精度的条件下具有高效性,同时计算结果也提供了减小结构系统输出响应变异性和提高结构系统可靠性的途径.     

桥梁结构固有频率不确定性量化的高斯过程模型方法

桥梁结构参数的不确定性必然导致其固有频率具有不确定性,量化固有频率的不确定性可为与动力特性相关的桥梁结构分析与设计工作提供更为准确的动力特性信息.均值和方差是刻画固有频率不确定性的两个非常重要的统计特性,本文旨在探讨一种可用于快速有效计算桥梁结构固有频率的均值和方差的方法.桥梁结构通常具有结构形式复杂,尺寸大等特点,传统的蒙特卡洛方法因计算花费高而使用受限.本文采用高斯过程模型取代复杂的桥梁结构有限元模型来表征不确定参数与固有频率的关系,快速有效地计算固有频率的均值和方差.该方法适用于参数服从任意概率分布的情形,其可靠性通过具有解析均值和方差的函数得到验证.最后,本文的高斯过程模型方法用来计算安庆铁路长江大桥固有频率的统计特性.     

钢筋混凝土轴压柱长细比效应的细观数值研究

钢筋混凝土柱名义轴压强度的尺寸效应源于:1)混凝土材料本身的非均质性及其力学非线性;2)钢筋/混凝土相互作用的高度复杂性.此外,长细比效应是影响钢筋混凝土柱最终破坏模式及其承载能力的另一重要因素.考虑混凝土材料细观结构的非均质性,及钢筋与混凝土间的非线性黏结滑移等因素,建立了钢筋混凝土柱轴心受压加载下力学行为研究的细观尺度力学分析模型.首先通过反演法确定了混凝土各细观组分的力学参数;进而对不同长细比钢筋混凝土柱在轴心受压加载下的破坏行为进行了数值模拟研究.结果表明:低长细比柱轴压加载下主要发生压剪破坏;而高长细比柱则发生屈曲失稳破坏,且由于端部效应的影响,破坏区域集中于柱的端部;长细比值小于9时,柱名义强度无明显变化,而大于9时,柱的屈曲强度迅速降低.     

一种针对多峰随机分布的不确定性传播分析方法

在实际工程应用中随机变量可能会服从多峰随机分布,如火车减振器在长期使用后的阻尼特性和安全切割试件修复后的疲劳寿命等.传统的不确定性传播方法主要用于处理单峰随机分布问题,而在处理多峰随机分布问题时容易产生较大误差.本研究提出了一种针对多峰随机分布的不确定性传播分析方法.首先,使用高斯混合模型建立多峰随机变量的概率密度函数;其次,发展了一种高效三元降维法计算响应函数的高阶统计矩,该方法可以有效提高不确定传播的计算效率;再次,使用最大熵方法来计算响应的概率密度函数并且通过基于熵值的自适应方法来确定统计矩的最优阶数;最后,使用四个算例验证了提出方法在多峰不确定性传播中的计算精度和效率.     

基于GIS的泥石流拦砂坝优化设计模型

利用地理信息系统(GIS)手段, 通过对拦砂坝坝高和库容确定、断面设计、荷载分析、结构计算、稳定性分析和计算, 建立了基于GIS的拦砂坝优化设计模型. 该模型以坝体的结构稳定性为约束条件, 把拦砂坝的优化设计视为一个非线性规划问题, 能较准确地计算拦砂坝的体积和库容, 以达到投资库容比最小为目标, 初步实现了拦砂坝重要参数, 如拦砂坝体积(工程投资)、坝体稳定性、库容(拦砂量)的优化设计, 为泥石流防治工程的优化设计提供了新的解决途径.     

基于不同风险源组合的水库防洪预报调度方式风险分析

水库防洪预报调度方式风险分析是设计与实施水库防洪预报调度方式的重要依据,目前对此问题的研究多数为仅考虑洪水预报的狭义风险,然而水库预报调度过程中存在着多种不确定性因素.为了能够更为全面的得到水库防洪预报调度方式的综合风险率,本文分析了水文、水力、水位-库容和调度滞时4种不确定性因素及其分布特性,建立了考虑上述4种不确定性因素的水库防洪预报调度方式的水库本身和下游综合风险分析模型,采用基于拉丁超立方体抽样的蒙特卡洛方法对模型进行求解,为实施防洪调度方式提供信息支持.结合白龟山水库实例,论证了防洪预报调度方式风险率小于常规调度方式风险率,对水库及其下游是安全的,并给出满足下游防洪安全约束的最高汛限水位抬高值.     

天问一号火星探测器气动热防护系统设计与实现

本文采用基于热解层模型的烧蚀热响应计算方法,对轻质防热材料的烧蚀机理进行分析,预测了防热材料在火星气动热环境下的烧蚀、热解及传热特性.开展地面风洞试验设计,获取了多状态下的防热材料烧蚀数据.通过与地面试验数据的比对分析,对烧蚀传热计算模型中的不确定性参数进行了修正,最终确定了气动热防护系统的设计状态.飞行任务表明,天问...     

300 m级超高堆石坝心墙砾石土力学特性试验研究

坝体的变形协调控制一直是高堆石坝设计和施工中的核心问题之一.对于300 m级超高堆石坝,由于国内外设计和施工经验较少,且用于300 m级超高堆石坝心墙防渗料的砾石土与一般砾石土力学特性存在较大差异,已有的研究成果尚不能有效指导工程实践.基于此,本文以两河口超高堆石坝心墙砾石土为研究对象,结合室内试验和现场试验结果,研究300 m级超高堆石坝心墙砾石土相关力学特性.结果表明,两河口超高堆石坝心墙砾石土具有较高压实度,其自身抗渗性能较好,可满足工程设计技术要求;通过压缩系数及压缩模量可知,所研究的心墙砾石土为低压缩性土;心墙砾石土峰值强度随围压的增大而增大,峰值摩擦角随围压的增大而减小,所得到的邓肯模型参数可为后续两河口超高堆石坝数值计算提供参考;现场试验表明两河口超高堆石坝心墙砾石土具有较高的承载力和抗剪强度,其渗透系数满足设计技术要求.本文通过相关室内试验及现场试验验证了砾石土作为300 m级超高堆石坝心墙防渗料的可行性及可靠性,研究成果可为300 m级超高堆石坝设计和工程建设提供相关试验及理论依据.     

锈蚀钢筋混凝土柱偏心受压性能精细化模拟

针对锈蚀钢筋混凝土(RC)柱的偏心受压力学行为,本文从细观角度出发,将混凝土看作是由骨料、砂浆基质和界面过渡区组成的三相复合材料,并且考虑锈蚀导致的钢筋和保护层混凝土的材料性能劣化以及黏结强度退化,建立了其三维细观精细化有限元分析模型.数值计算结果与试验结果的良好吻合,验证了数值分析模型的合理性.在此基础上,主要分析了锈蚀率和偏心率对RC柱偏压力学性能的影响.发现:钢筋锈蚀会引起临界偏心率增大,使构件趋于脆性破坏;锈蚀率增加会明显降低柱的刚度、延性和承载力;偏心率的增加则会导致构件轴向承载力降低,柱的破坏模式变为大偏心受压破坏.最后,基于完好状态RC压弯构件承载力统一公式,考虑钢筋锈蚀的影响,发展建立了锈蚀RC构件压弯承载力计算公式,并与试验结果进行对比,验证了所提公式的准确性.     

在线焊接管道设计压力的影响因素

提出了预测在线焊接管道设计压力及烧穿的方法. 运用有限元法对不同参数下在线焊接时的温度场进行了数值模拟, 内部介质流动对焊接温度场的影响通过确定介质与管壁间的换热系数来考虑, 并根据温度计算结果, 获得了管道的剩余强度因子和设计压力, 进而判定管壁是否烧穿. 研究表明: 在线焊接管道的设计压力随着焊接热输入的增大而降低, 当热输入增大到一定程度时, 曲线趋于平缓; 随着流速的增大, 在线焊接管道的剩余强度因子及所能承受的设计压力呈上升趋势, 且在一定范围内增大明显, 故应充分利用该流速变化范围的特点以确定最佳施工条件; 剩余强度因子随着壁厚的增加而升高, 当壁厚增大到一定程度时, 在线焊接管道的剩余强度因子增大速度减缓, 此后继续增加壁厚, 则对材料的利用率有所下降. 根据设计压力与各参数的关系曲线可以获得安全操作条件.     

体外预应力加固钢筋混凝土梁式空心板桥的有限元分析

以内蒙古通辽市境内的公德屯桥为工程实例,通过静载荷试验说明桥梁需要加固,采用有限元程序ANSYS进行有限元建模研究和施加横向预应力的仿真计算,把均匀设计理论引入加固设计中.研究了各因素对挠度校验系数、应变校验系数的变化规律,综合考虑确定了优化设计方案.通过对加固前、后主梁跨中截面对比分析可知,采用施加横向预应力的方法来对钢筋混凝土空心板桥进行加固,能有效改善荷载横向分布情况,增加空心板结构间的横向联系,避免单板受力现象,且加固效果明显.