基于地质力学模型试验的岩体相似材料配比研究

为了确定适用于模拟实际工程岩体的相似材料及其配比,以相似材料中重晶石粉、膨润土和胶水的质量占比为研究对象,根据地质力学模型试验的相似原理,设计了4种配比试验。通过单轴压缩试验获得了不同配比下相似材料的应力-应变曲线,采用最小二乘法进行曲线拟合得出其变形模量,并与实际工程岩体进行对比,然后对相似材料中的各组分进行敏感性分析,确定了该试验所采用的最终配比。结果表明:重晶石粉∶膨润土∶胶水=12∶0.3∶1.5(工业胶∶水=1∶2)时,重晶石粉、膨润土和工业胶的质量占比分别为89.96%、2.17%和3.63%,该配比下相似材料密度为2.0 g/cm~3时,相应的变形模量和抗压强度分别为87.45、0.686 MPa。因此,该配比下的相似材料能够模拟力学参数范围大的岩体,可以为地质力学模型试验提供依据。     

高拱坝蓄水期库岸变形与水库诱发地震相关性研究

高拱坝蓄水过程中观测到了库岸变形和水库诱发地震现象,水库诱发地震可能是边坡大范围变形的前兆,这给高拱坝的长期、高效和安全运行带来了巨大挑战。基于对溪洛渡拱坝蓄水期库岸变形监测资料的分析和对蓄水前后地震监测数据的分析,研究了蓄水后库岸变形的规律以及蓄水前后库区地震活动的变化规律,对水库蓄水后库岸变形和水库诱发地震的产生机理以及它们之间的相关性进行了研究。结果表明,库岸变形和水库诱发地震在规律和机理上均存在一定的相关性,两者都存在快速响应和滞后响应的特征,经历了由快变慢再到平缓的过程。快速响应是由于水的力学作用导致有效应力降低,产生了不可逆塑性变形和断层滑动。滞后响应是由于库水的物理化学作用降低了岩体和断层的抗剪强度,导致岩体的缓慢变形和断层的滑动。两种现象在规律和机理上的相关性为高拱坝蓄水期的智能监测和安全预警提供了新思路。     

高拱坝河床基岩深槽处理方案

中国某300m级高拱坝在河段覆盖层之下存在一条基岩深槽,这使得该拱坝设计面临2种选择:对深槽进行基础回填混凝土处理;或者采用大开挖方式,将坝底高程设计在基岩深槽底部高程。该文建立了该高拱坝基础回填和基础大开挖2种设计方案的三维有限元模型,并基于变形加固理论,分析了2种方案在正常工况和超载下的位移、应力情况及塑性区扩展规律,并以不平衡力和塑性余能范数为评价标准,评价了2种方案的整体安全性。结果表明:2种方案在超载能力和整体稳定性上均达到要求,基础回填方案在坝体位移、应力及整体安全等方面优于大开挖方案。     

基于IAGA-BP算法的高拱坝-坝基力学参数反演分析

基于监测资料对坝体和坝基的力学参数进行反演,对大坝的安全评价具有重要意义。该文提出了基于改进自适应遗传算法和BP神经网络(IAGA-BP)的力学参数反演分析方法,采用考虑权重的绝对百分误差作为目标函数,可以针对多点监测资料和非线性数值仿真进行力学参数反演。基于正常蓄水位下拱坝坝体、坝基及拱肩槽边坡等25个测点的实测变形,对坝体混凝土、基础岩体及结构面的多个材料分区的11个关键力学参数进行了反演分析。结果表明,反演值和实测值吻合较好,将材料参数作为输入层、测点变形作为输出层有效避免了反演值的“失真”问题。针对高拱坝-坝基系统的力学参数反演,分析了神经网络拓扑结构、目标函数、训练样本数量等对反演结果的影响。     

基于并行改进遗传算法的拱坝位移反分析

引入小生境技术和自适应杂交变异概率方法,基于并行有限元程序,给出了适合推求拱坝和地质力学参数的位移反分析并行遗传算法,并编制了相应的程序,利用地质力学模型试验数据,对溪洛渡拱坝进行了位移反分析,得到了和试验相一致的坝体混凝土和地基岩体的力学参数。结果表明,该算法可以有效解决简单遗传算法的早熟收敛问题,收敛效率得到明显提高。当采用16个CPU进行并行计算时,可以达到42%的计算效率,表明该算法适用于拱坝这样复杂的三维结构的位移反分析,可以大大减少拱坝位移反分析的时间。     

拱坝-地基系统的三维有限元并行计算

拱坝稳定和破坏过程的三维有限元分析,对高性能并行计算提出了很高的要求.采用节点联系矩阵的概念,基于Jacobi预处理共轭梯度法,推导了适用于分布存储并行机的有限元并行element-by-element(EBE)方法,可以避免形成整体刚度矩阵,显著减少内存需求,并可自动实现计算任务的分配.编制了有限元并行计算程序,采用悬臂梁算例对其进行了验证,然后应用于二滩拱坝的有限元数值分析.计算结果表明,对拱坝-地基系统这样复杂的三维结构,有限元EBE方法是一种很有效的并行计算方法.     

水利水电工程全生命周期碳排放研究——以犬木塘工程为例

水利水电工程具有多种功能，发挥着各方面效益，在“双碳”战略中扮演着重要角色，但目前针对水利水电工程全生命周期碳排放的研究还较少。该文以湖南省犬木塘工程为样本，基于生命周期评价理论，提出了水利水电工程碳排放量的分组计算方法，对碳排放进行了核算和分析。研究表明，此计算方法简单准确，更适用于水利水电工程。计算结果显示，犬木塘建设和运行阶段总体碳排放风险可控，并依据其碳排放特点，提出了注重设计优化、研发绿色建材、加快智慧化、强化减排理念等降低碳排放的策略。     

利用多项式混沌展开的结构可靠性分析

实际工程设计优化、设计空间搜索、灵敏度分析、可靠性分析等问题，若单次模拟比较费时，直接用原模型进行数千、甚至数百万次模拟是不可能完成的任务。多项式混沌展开方法是解决这类问题的有效方法，其方法表达和程序实现是应用中关注的重点问题。该文介绍了多项式混沌展开方法的数学理论，并将之用于结构可靠性分析。首先，将结构可靠性分析的功能响应函数以多项式混沌展开表示，其中统一采用Hermite多项式。给出Hermite多项式的一种适合计算机程序生成的通项形式，实现多项式混沌展开的计算程序的通用化，以及多项式次数的自适应选择。其次，利用具有显式功能函数的结构可靠性分析算例，考察所构建的代理模型的正确性和适用性。结果表明，多项式混沌展开的次数越高，模型的精度就越高，具有良好的收敛性，同时表明仅就考察代理模型而言，利用显式功能函数是最简便的方式。