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岩土工程加固分析的弹塑性力学基础 总被引：16，自引：1，他引：15
研究了弹塑性计算中不平衡力的性质,揭示了它和加固力、结构稳定性的密切关系。弹塑性有限元分析迭代过程实质上就是一个逐步消除不平衡力的过程。可以采用弹塑性分析中的不平衡力来指导加固设计：只要施加和不平衡力大小相 等、方向相反的加固力,结构就是平衡、稳定的。在所有加固方案里,弹塑性分析确定的加固力是最小的,并归结为应力转移的最小余能原理和加固力上限定理,弹塑性计算确定的加固力和真解相比偏于安全。拱坝计算实例表明,不平衡力分析对分析结构稳定性、指导加固设计是有助益的。 相似文献
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能源储备地下库群稳定性与连锁破坏分析 总被引：8，自引：2，他引：6
基于变形加固理论关于结构失稳的严格定义及其集合逻辑表述,提出了基于不平衡力和最小塑性余能原理的地下储库群稳定性判别方法。在非平衡态弹塑性力学框架下,将经典有限元拓展到结构失稳后的分析,塑性余能范数即可作为库群失稳判据,而不平衡力及其发展则表征了库群失稳破坏的形态和演化路径。研究了单储库的稳定性、双储库结构在不同储库间距条件下的整体稳定性及连锁破坏规律,并应用于金坛盐矿油气储库群的稳定性分析和连锁破坏模拟计算分析。研究表明,不平衡力和塑性余能范数用来定量评价地下储库的稳定性是合适的。变形加固理论为评价库群整体稳定性、研究储库间相互作用以及破坏的时空演化提供了定量实用的分析方法,为地下储库群的灾变机制与防护研究打下基础。 相似文献
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岩体结构的变形破坏是一个渐近过程,常规的强度设计与极限分析均无法描述这一过程。在回顾总结岩体结构破坏控制、变形控制的基础上,提出岩体结构变形破坏控制最终要落实到开裂控制上来。总结了岩体结构开裂计算的特点和难点,阐明了用不平衡力描述岩体结构变形破坏过程的理论依据。分别从单轴压缩试验、边坡开挖卸荷、拱坝坝踵坝趾开裂等3个具体的数值案例论证不平衡力与开裂破坏的内在相关性。提出了蓄水导致不可逆的谷幅变形也是不平衡力作用结果:裂隙水压力使屈服面收缩、原先处于屈服或临界屈服状态的岩体应力状态超出屈服面,产生不平衡力和不可逆的塑性变形。指出了不平衡力本质是岩体结构非平衡态到平衡态的距离,岩体结构非平衡演化的总体趋势服从最小塑性余能原理,进一步指出了无法消除的不平衡力是岩体结构变形破坏的内在驱动力。不平衡力不仅可以作为岩体结构变形破坏的判据,还能给出相应的加固措施,具有重要的工程意义。 相似文献
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基于变形加固理论的隧洞与巷道开挖稳定分析 总被引：1，自引：0，他引：1
地下工程的开挖稳定和加固分析是岩土工程中的难题之一。变形加固理论是研究荷载超出结构极限承载力的理论,探求的目标是结构在承受荷载超出其极限承载力时维持稳定所需的最优加固力。给定荷载下结构出现不平衡力的区域即为首先破坏的区域;给定荷载下结构总是趋于加固力最小化、自承力最大化的状态。而整体稳定性可采用余能范数进行定量评价。基于三维非线性有限元方法,详细推导了不平衡力和塑性余能范数的表达式。通过典型深部隧洞与巷道开挖及加固的算例,对比分析了加固前后围岩内不平衡力的分布以及塑性余能范数的大小。结果表明,对围岩加固可在一定程度上提高围岩的强度和承载能力。 相似文献
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锚杆能够显著增强顺层岩质边坡的稳定性.基于顺层边坡结构效应,应用锚杆加固顺层边坡的力学模型,根据结构力学理论和变形协调关系,建立拉剪作用下全长粘结型锚杆加固顺层边坡抗剪计算的理论分析方法.与相关试验数据进行了比较验证,结果表明顺层边坡锚固抗力模型计算结果与试验结果比较一致,验证了理论模型的合理性.讨论了锚杆倾角、锚杆直径、灌浆体强度、结构面内摩擦角、剪胀角等对加锚顺层岩体抗剪性能的影响.分析表明:锚杆锚固抗力模型能够较好地反映锚杆轴力及横向剪切力对顺层岩质边坡的抗剪作用.锚杆倾角越大,锚杆总的抗力呈减小趋势,而锚杆抗力随剪胀角增大而增加;当锚杆倾角等于内摩擦角时,锚杆抗力达到最大;锚杆抗力随锚杆直径增加而增大;当锚杆直径不变时,锚杆抗力随灌浆体抗压强度增大而有所减小. 相似文献
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水电工程对坝肩抗力体长期稳定性要求极高,因此,对于复杂岩土体坝肩抗力体在水推力作用下的稳定性评价显得尤为重要。西南某水电工程坝肩岩体普遍发育有蚀变岩,因此需对其抗力体长期稳定性进行评价。根据考虑蚀变岩体流变特性的黏-弹-塑性本构模型,对水库蓄水运行期抗力体边坡应力、形变场等特征进行了三维数值模拟研究。研究表明,坝肩抗力体在蓄水6个月后三次应力场基本形成,即此时抗力体处于最危险状态,可能会出现蚀变岩带与断层交叉部位的局部破坏; 通过对蓄水5a后模拟得到的变形值及塑性区变化情况分析,得出坝肩抗力体整体上是长期稳定的。 相似文献
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碎石桩复合地基性状的弹塑性分析 总被引：3，自引：2，他引：1
基于双剪统一强度理论,利用复合地基中碎石桩与桩周土的竖向位移相等、侧向变形协调与连续的条件,通过弹塑性理论对碎石桩复合地基在竖向荷载作用下的应力、应变状态进行了弹塑性分析,探讨了权系数b的取值方法;讨论了b的大小对复合地基承载及变形性状的影响,并推出了作用在复合地基上的荷载、碎石桩所分担的荷载及加固区压缩量与桩周土的塑性区半径的关系的系列解析算式;提出了对于碎石桩复合地基的设计应该实行承载力和沉降双重控制的设计思想。为验证该方法的可行性,将模型试验的结果与计算结果进行了对比,结果表明该方法对碎石桩复合地基的设计具有指导意义。 相似文献
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近距离双隧道开挖与支护的稳定性有限元计算 总被引：10，自引：3，他引：7
对京珠国道粤境沿线某近距离双隧道开挖与支护过程,使用平面粘弹塑性有限元方法分５种计算情况进行了数值模拟,分析对比了围岩与支护结构的受力、变形及塑性、受拉区的演化状况,对围岩—支护体系的稳定性进行了评价。 相似文献
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为深入探究岩体非线性软化应变特性对隧洞围岩力学行为的影响,提出了一种考虑软化系数的岩体弹塑性软化模型,并推导了圆形隧洞围岩应力-应变的求解方法。然后,通过将本文方法与Brown方法、换算后的Mohr-Coulomb屈服准则方法进行对比,验证了本文方法的合理性。最后,探究了软化系数对围岩变形及支护压力影响规律。结果表明：软化系数较大时,采用弹塑性软化模型与弹脆塑性模型算得结果基本相同;对围岩变形及稳定性起主要控制作用的是松动区域范围;控制塑性区域出现时的临界支护压力在数值上与弹塑性区域交界处径向应力是相等的。 相似文献
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基于变形加固理论的岩土边坡稳定和加固分析 总被引：2，自引：0，他引：2
传统的刚体极限平衡法和强度折减法在分析边坡稳定和加固时存在一定的局限性。基于变形加固理论,建立了基于弹塑性有限元分析的边坡稳定和加固分析方法。以余能范数作为边坡整体稳定评价的指标,通过强度参数降低过程中的余能范数的变化来确定边坡的整体稳定安全系数。加固的关键部位和加固力的大小通过边坡中不平衡力的分布来确定。滑动面则由方向相反的、成对的不平衡力的分界面来确定。针对3个经典边坡算例,分析了强度参数逐渐降低过程中的余能范数的变化和不平衡力的分布,确定了边坡的稳定安全系数以及相应的加固关键部位和加固力的大小。结果表明,变形加固理论基于岩土的三维非线性有限元分析,以此来进行边坡的稳定和加固分析是非常有效的,强度参数降低过程中不平衡力的发展演化过程反映的是边坡的破坏过程 相似文献
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锚杆(索)加固边坡的最小势能稳定分析方法研究 总被引：2，自引：1，他引：1
最小势能边坡稳定性分析方法是一种正处于发展完善中的新型边坡稳定分析方法。建立了采用锚杆(索)加固边坡后的最小势能稳定分析新方法,并进一步提出了一个考虑滑床剪切势能影响的近似计算模型,算例表明：（1）最小势能边坡稳定分析方法的结果,不论有无锚固均与现在工程常用的极限平衡方法的结果较为一致,表明了这一新方法的适用性;（2）滑床剪切势能计算模型引进与否对单一地层边坡的安全系数影响微小,可忽略不计,而对多地层边坡有较明显影响。总之,最小势能方法求取安全系数的过程简洁、概念明确合理、结果可显式表示,与极限平衡方法或有限元方法等方法相比,更具有实用价值。 相似文献
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孟底沟水电站是雅砻江中游第5个梯级电站,最大坝高200 m,所处位置地质条件复杂,保证其蓄水后良好的工作性态及整体稳定性对工程安全至关重要。通过建立孟底沟拱坝三维有限元模型,基于变形加固理论,分析了拱坝在正常工况和超载条件下位移变化、塑形区扩展规律及大坝整体稳定性。结果表明：孟底沟拱坝现设计方案的位移和超载稳定能力均能达到稳定要求。拱坝贴脚的设置显著降低了坝体和基础的塑性余能,对工程整体稳定性有利。对右岸f4断层两种置换处理方式的对比分析发现,浅表置换加洞井网格置换的处理方式对拱坝整体稳定性更为有利。 相似文献
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在地下水渗流场、应力场、损伤场的耦合作用下更易造成隧道围岩坍塌或涌水等灾害。首先,将围岩材料视作各向同性连续介质,基于Drucker-Prager准则建立岩石弹塑性损伤本构模型,采用完全隐式返回映射算法实现弹塑性损伤本构方程的数值求解。其次,以上述研究为基础根据岩石处于弹塑性状态时渗透系数动态演化公式,建立岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型,并给出三场耦合情况下的数值求解迭代方法。针对耦合模型中涉及参数较多且不易测定的问题,基于差异进化算法原理建立智能反分析方法,对耦合模型中的损伤参数进行反演。最后,利用C++语言编制相应的岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合程序和参数反演程序,利用所编程序进行以下计算:(1)对智能反分析程序的性能、正确性进行分析,对比不同差异策略、交叉因子、变异因子的反演精度和收敛速度。(2)分别采用弹性模型和弹塑性损伤模型进行隧道围岩位移场、应力场的计算。(3)不考虑力学作用的情况下进行孔隙水压力、渗流量的计算。(4)采用所建耦合模型计算得到隧道围岩应力场、渗流场以及损伤场的相互影响规律。研究结果表明,基于差异进化算法的智能反分析程序能够较好地解决耦合模型中损伤参数不易确定的难题,为实际工程中获得不易测定的计算参数提供了有效的方法,同时所建立的耦合模型通过应力、渗流和损伤的相互作用更能够真实地反映出岩石材料的宏观破坏现象,所编计算程序能够模拟地下水渗流场、应力场、损伤场之间的耦合特性,为受地下水影响严重的工程建设提供了方法,研究结论为后期对实际隧道工程进行耦合计算奠定基础。 相似文献
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针对基坑工程中岩土参数存在随机性和变异性的特点,基于响应面重构法、遗传算法和禁忌搜索方法研究了土钉墙边坡可靠性分析方法。考虑土钉的加固作用,建立了适用于土钉墙边坡任意形状滑面安全系数计算的改进Morgenstern-Price法。基于响应面原理,将改进Morgenstern-Price法取代传统响应面法中的有限单元法来随机抽样构造响应面函数,建立了一种近似的土钉墙边坡可靠度计算方法。以土体的抗剪强度指标 、 为随机变量,提出了一种能同时确定土钉墙边坡最小可靠度指标 及相应最危险滑面的全局优化计算方法--土钉墙可靠性分析自适应禁忌搜索遗传算法（ATSGA）。结合算例,分别以土钉墙边坡的最小可靠度指标和最小中值安全系数为目标函数,采用ATSGA法搜索其相应的最危险滑动面,结果表明,二者相差较大。 相似文献
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Polynomial chaos expansions (PCEs) have been widely employed to estimate failure probabilities in geotechnical engineering. However, PCEs suffer from two deficiencies: (a) PCE coefficients are solved by the least-square minimization method which easily causes overfitting issues; (b) building a high order PCE is often computationally expensive. In order to overcome the aforementioned drawbacks, the Bayesian regression technique is employed to evaluate PCE coefficients, which not only provides a sparse solution but also avoids overfitting. With the aid of the predictive means and variances given by Bayesian analysis, a learning function is proposed to sequentially select the most informative samples that are critical to build a PCE. This sequential learning scheme can highly enhance the computational efficiency of PCEs. Besides, importance sampling (IS) is incorporated into the sequential learning (SL)-PCEs to deal with geotechnical problems with small failure probabilities. The proposed method of SL-PCE-IS is applied to three illustrative examples, which shows that the improved PCE method is more effective and efficient than the common PCEs method, leading to accurate estimations of small failure probabilities using fewer training samples. 相似文献
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等效附加应力法的基本思路是把加筋土中筋的作用等效成外力加在土骨架上,取加筋土中的土体进行计算。这种方法能够适用于纤维加筋、分层加筋和土钉墙等不同情况,且能够克服一般复合材料方法中复合材料本构模型难以建立,和把筋土分开考虑的方法中接触面单元过多的弊病。但以前的等效附加应力法需要迭代计算,这给有限元编程带来困难,而且不利于已有程序的改编。对等效附加应力法进行改进,只要在原有土的弹性矩阵或弹塑性矩阵中加上一个附加矩阵就可以直接求解。这就使得不需要迭代就可以直接应用等效附加应力法进行加筋土计算,大大简化了编程难度,改进方法的提出有助于等效附加应力法的推广应用。 相似文献