高心墙堆石坝材料本构模型计算的适用性研究

为研究不同材料本构模型对高心墙堆石坝应力、变形计算的适用性,以RM 300 m级高心墙堆石坝堆石料的室内试验成果为基础,分别对邓肯E-B模型、沈珠江双屈服面模型及MPZG模型进行材料本构验证和坝体有限元分析。研究结果表明：3种模型均能较好地表现堆石料三轴路径下的应力响应,而邓肯EB模型在低围压下体积响应表现效果欠佳;3种模型计算的坝体应力、变形分布均符合一般规律,应力相近,但变形计算中邓肯E-B模型得到的沉降与顺河向位移均较大;在高心墙堆石坝建设初期,可采用邓肯E-B模型进行早期分析,后期宜采用沈珠江双屈服面模型、MPZG模型等进行决策评价。     

三轴试验确定邓肯-张模型参数及其在 FLAC3D中的应用

目前在工程中广泛采用邓肯-张双曲线模型进行土体的应力和应变分析。邓肯-张E-B模型共有8个参数,并且其各项参数易于从常规三轴试验求得。通过三轴试验确定试验土的各项参数,运用FLAC3D实现该三轴试验数值模拟与试验结果对比验证,并应用于实际工程的数值模拟中。路基竖向位移计算值和监测值的对比验证了邓肯-张E-B本构模型在有限差分程序中的准确性和适用性。     

高面板堆石坝工作性态的弹性和弹塑性对比分析

筑坝堆石料具有明显的非线性、压硬性、剪胀性和应力引起的各向异性,其应力变形特性直接影响到面板、接缝的应力变形情况.合理的堆石体本构模型是保证对高堆石坝进行正确预测分析的前提,对常用的邓肯E-B模型和南水双屈服面模型进行了对比性分析,最后在参数等价的基础上利用这两个模型对一座200 m级高面板坝进行了有限元分析,对造成计算差异的主要原因进行了探讨,为今后计算本构模型的选用提出了建议.     

改进hhu-SH模型及其在面板堆石坝工程中的应用

针对粗粒料的剪胀特性,引入4次幂函数剪胀方程对基于细观结构的粗粒料弹塑性本构模型(hhu-SH基本模型)进行改进,并给出了改进hhu-SH模型屈服函数、硬化参量、初始弹性模量的推导过程以及参数确定方法。基于某抽水蓄能电站下水库面板堆石坝工程,利用其筑坝粗粒料的三轴CD试验和等向压缩试验结果,整理出改进hhu-SH模型的参数,模拟大坝填筑和蓄水过程,并将计算结果与邓肯E-B和南水模型的计算结果进行对比。结果表明：在坝体位移的定性分布规律上,改进hhu-SH模型、邓肯E-B模型以及南水模型的计算结果基本一致,验证了该模型的工程适用性;基于改进hhu-SH模型计算的坝体变形、面板变形和应力以及接缝位移预测值均小于E-B模型,但与南水模型较为接近;基于改进hhu-SH模型计算得到的面板顺坡向应力整体受压,结果更符合实际。     

基于ABAQUS平台的邓肯-张E-B和E-ν模型程序开发

基于ABAQUS平台并利用UMAT子程序接口开发了邓肯-张E-B和E-ν模型程序,开发的程序可在一个模型中包含邓肯-张E-B和E-ν 2种不同的本构模型.应用该程序对一已建混凝土心墙堆石坝进行了变形及稳定的数值计算,并与现场实测结果进行了比较.结果表明,数值计算与现场实测的变形变化趋势较为一致.该结果验证了所研制程序的...     

基于MSC.Marc软件的面板堆石坝加高的可行性研究

以华东某面板堆石坝加高工程为例,利用MSC.Marc软件的二次开发功能,结合FORTRAN接口实现非线性弹性邓肯E-B模型.通过面板坝加高前后堆石体及面板应力和变形的分析,对面板堆石坝加高问题进行可行性研究,并用经验公式验证计算的准确性.计算结果表明:坝体加高后堆石体的应力和变形规律较好,面板部分顺坡向拉应力区域转变为压应力,对坝体更为有利,加高方案安全可行.     

堆石料Wang-Wu亚塑性本构模型参数求取的改进

研究Wang-Wu提出的亚塑性模型,并指出该模型应用在堆石料时存在的不足.推导了模型参数的求取方法,建立了参数与围压之间的关系,提出了新的模型参数.通过堆石料大型侧限压缩试验、大型三轴排水试验、邓肯E-B模型和改进的沈珠江双屈服面模型,反演其他围压的试验值并进行对比验证.所得成果表明,提出的7个新参数有效地解决该模型应用到堆石体材料时遇到的确定参数的难题,有利于将该模型推广到堆石体材料工程.     

邓肯-张模型应用于基坑工程中值得注意的问题

指出邓肯-张模型应用于基坑开挖和支护工程中值得注意的若干问题.针对一算例采用实体单元和结构单元相耦合的有限元法进行了数值模拟分析,分析过程中分别采用了现行单应力和双应力状态变量的加卸载准则.结果表明,由于二者加卸载判断上的差异,计算所得围护墙的位移和弯矩相差较大.数值模拟还揭示,作用在围护墙上的土压力是随基坑开挖和支护工况的变化而变化的,常可能大于主动土压力,因而支护结构的实际内力可能大于传统的按主动土压力作用所计算的内力,以致可能引起支护结构的强度破坏.     

基于车辆地面力学沙漠沙结构性本构模型的建立

结合沙漠土壤的三轴试验资料,将岩土力学研究中描述土结构性的定量参数(应变综合结构势)引入土的强度变形特性分析. 根据该参数对同一围压下不同含水率沙的应力-应变曲线具有较好的归一化作用,用类似邓肯-张模型的处理方法构造沙漠沙结构性本构模型,并提出获得模型参数的试验方法. 试验与仿真结果表明该结构模型能较好反映不同含水率下沙漠沙的应力-应变关系.      

300m级心墙堆石坝三维有限元应力变形分析

对双江口心墙堆石坝进行了三维有限元应力变形分析．采用邓肯-张EB非线性弹性模型,用分级加荷的方式模拟该坝在施工、蓄水过程中的应力变形特性．对3种不同强度的参数方案,进行了静力参数敏感性分析,给出了应力变形的分布规律．计算结果表明,坝体的应力和变形值在合理范围内,设计方案合理可行．     

岩体结构面三维循环加载本构关系

研究岩体结构面在循环加载条件下的三维力学性质。通过对二维数值模型合理推广,建立三维本构模型。法向加卸载本构为逐步硬化的双曲线函数。切向模型基于加载为双曲线函数、卸载为线性函数的本构方程建立,并引入剪切方向角描述三维切向接触特性。考虑峰值剪切现象,以切向塑性功为主要参数,建立峰值摩擦角和剪胀角的磨损方程。以初始剪胀角和残余剪胀角为主要参数建立剪胀方程。数值计算结果与试验曲线的对比表明,该模型体现了各向异性结构面的非线性受力变形特性、表面磨损和不均匀剪胀行为,能较好模拟三维循环加载本构关系。     

浅埋土中梁式结构受冲击波作用的动力响应和弹塑性介质中的卸载波

本文选取双线型弹塑性加载、可变形卸载的土壤模型,分析了浅埋土中梁式弹塑性结构受地面冲击波荷载作用的动力响应,计算了土中由压缩波相互作用而形成的弹塑性弱间断边界,给出了可供设计用的土中结构动力相互作用系数曲线。     

金属材料动态响应过程中的卸载特性

 针对金属材料卸载过程中计算结果与实验数据之间存在比较大差异的现象,在卸载段采用与加载段不同的剪切模量,描述金属材料动态响应过程中卸载初期的准弹性卸载过程,结合所选取的本构模型和损伤演化模型,对靶材料冲击加载过程中的卸载、损伤、层裂等过程进行理论和数值模拟研究,数值模拟结果表明,文中采取的模型,对于动态响应过程中准弹性卸载过程、后续的损伤以及完全层裂过程的描述比较合理,获得了与实验数据符合比较好的计算结果。     

基于排队论的港口运输装卸服务系统优化方法研究

直接用汽车将集装箱运往港口堆场是集装箱货物运输的一种重要方式.在货物由内陆地区货运站到港口码头堆场的运输工作中,运输车辆与装卸机械是构成港口运输装卸服务系统最基本的生产要素.为减少运输车辆和装卸机械在运输生产过程中由于等待而产生的非生产停歇时间,控制车辆的等待费用和机械的装卸费用,获得最好的系统效率和生产效益,必须合理组织装卸机械和运输车辆的协调配合工作.在集装箱运输组织和管理中,运输车辆与装卸机械协调配合下装卸机械数量的确定,通常采用在一个连续和足够大的时问内以运输车辆和装卸机械两方面工作节奏相一致为条件进行建模的方法求解.这种方法存在的问题是车辆的周转时间和装卸停歇时间均采用平均值来计算,没有充分考虑车辆到达和装卸时间随机性的影响.本文运用排队论的理论方法,在建立港口运输装卸服务排队系统基础上,根据装卸机械数与等待费用和服务费用的变动关系,以系统在单位时间内承担的总费用最小作为决策目标来确定装卸机械的数量.以此实现运输车辆与装卸机械的协调配合,最终达到提高生产效率和效益、增强港口竞争力的目的.由于充分考虑了运输车辆运行时间和装卸机械装卸时间的随机性,因此该决策更具有科学性和合理性.     

基于黏弹性理论的沥青罩面层力学响应研究

 根据黏弹性理论构建沥青罩面层三维黏弹性有限元模型,运用大型有限元软件ABAQUS进行动态荷载试验,研究了沥青罩面层的力学响应。结果表明,沥青罩面层由于其本身的黏弹性,在动态载荷作用下会产生与弹性材料不同且更为复杂的应力响应,应力状态随加载和卸载而不断变化,加载时其表面为压应力,底层为拉应力,卸载时则相反,其表面为拉应力,底层为压应力;循环载荷下沥青罩面层受压应力和拉应力的交替重复作用,其表面和层底会产生残余应力,随温度的升高,其松弛模量增强,黏弹性减弱,残余应力逐渐减小。相对于把沥青罩面层作为弹性材料的方法,基于黏弹性的分析方法能够更准确地描述沥青罩面层的力学行为特征。     

基于近场动力学的岩石不同应力路径损伤演化

加卸载效应普遍存在于各类岩土工程中,为研究岩体在不同应力路径下加卸载的力学响应和损伤演化规律,通过在传统键型近场动力学本构模型中引入键的损伤变量函数,以反映岩石材料应力应变曲线中先应变硬化再应变软化的非线性阶段,采用改进键型近场动力学模型数值模拟与室内细砂岩加卸载试验对照的方法研究了细砂岩在不同加卸载路径下的力学、损伤演化规律。结果表明：改进的键型近场动力学本构模型能够较好地模拟岩石材料先应变硬化再应变软化力学性质和在不同应力路径下的力学响应及损伤发展趋势;在常规三轴路径下,岩石的抗压强度与围压呈较严格的正相关变化;定义的损伤值可直观的对比出不同加卸载路径与常规三轴压缩下岩石的损伤发展情况,相对常规三轴压缩,卸荷路径加快了岩石材料的破坏,且升轴压破坏程度>恒轴压破坏程度>卸轴压破坏程度。     

基于加荷和卸荷模型的分区破裂化初步模拟及空间局部化机理

为了采用数值模拟方法模拟出深部巷道围岩的分区破裂或碎裂化现象,采用了两种三维力学模型,即加荷模型和卸荷模型,在计算中考虑了岩石材料的应变软化非均质性质.在加荷模型中,巷道被一次性开挖之后再进行位移控制加载.在卸荷模型中,当模型已处于静力平衡状态之后,巷道被分步开挖.计算结果表明:在上述两种条件下,在垂直于巷道轴线的平面内,都出现了剪切应变增量的高、低值区相间隔的现象.此外,卸荷模型的结果要比加荷模型的结果更符合实际.分区破裂化现象被认为是由若干呈锥面分布的空间剪切带形成的.     

产水气井临界携液和积液模型研究进展

中国气田随着逐年开发低压低产井越来越多,部分存在严重积液,排水采气工艺已在多区块广泛应用。明确各种排水采气工艺的适用性和工艺参数优化,都要以深入了解产水气井的携液和积液机理为基础。针对产水气井积液机理研究相关的气井临界携液和积液判别准则、临界携液流量沿井深分布、气井井筒内积液与积液预测模型和气井积液机理研究实验装置与方法进行了综述,并提出了目前该领域研究需要关注和待解决的问题是,产水气井内井筒气液两相管流和储层气液两相渗流的耦合。     

CuAlNi单晶压缩时相变带的生长和传播

利用高分辨率的CCD系统监测到CuAlNi单晶表现出相变伪弹性时的压缩变形过程．在压缩过程中观察到相变时马氏体的生长和传播,发现了在相变过程中出现交叉的相变带．利用红外相机拍摄了CuAlNi单晶相变过程中的温度变化规律．结果表明,在加载到单晶相变的过程中,已发生相变的区域温度逐渐升高;退载时,随着相变的结束,相变区域温度逐渐下降．压缩实验表明,加载时,母相中马氏体生长所需的应力比接下来继续相变时所需的应力要大;退载时,马氏体区域内奥氏体生长应力要比继续相变时所需的应力低．实验表明,利用红外成像技术可以研究记忆合金的相变规律．     

CNG汽车气瓶自动装卸系统设计

为了解决压缩天然气(compressed natural gas, CNG)汽车加气难的问题,提出了CNG"集中灌装、分散换瓶"的天然气汽车加气理念.采用可编程逻辑控制器(programmable logic controller PLC)作为智能控制单元、步进电机作为装卸驱动单元,设计了可移动的三维工作台作为装卸平台.研究了步进电机的控制算法,构建了CNG汽车气瓶自动装卸系统模型,研制了专用的车用CNG气瓶自动装卸系统.理论分析和实验结果表明:该系统可以在1～2 min内完成CNG汽车气瓶自动装卸任务,提高了CNG汽车的加气效率.