混凝土面板堆石坝应力应变分析方法研究

序

前言

第一篇面板堆石坝应力应变分析

1绪论

1.1混凝土面板堆石坝的发展

1.2面板堆石坝应力应变分析方法研究进展

1.3本书主要研究内容

2面板堆石坝应力应变分析基本理论

2.1堆石材料应力应变性质

2.2接触面力学性质

2.3堆石体非线性弹性模型

2.4堆石体弹塑性模型

2.5广义塑性理论

2.6状态非线性

2.7加卸荷判据

2.8强度条件

3面板堆石坝三维有限元的实现

3.1非线性方程组的基本解法

3.2大型稀疏线性方程组的求解

3.3改进的预处理共轭斜量法(PCCG法)

3.4模拟筑坝过程的有限元迭代格式

3.5面板堆石坝非线性有限元分析中的几个问题

4水布垭面板堆石坝三维非线性有限元分析

4.1工程概况

4.2水布垭面板堆石坝三维非线性有限元计算模型

4.3水布垭面板堆石坝三维非线性有限元计算结果与分析

4.4讨论

第二篇面板堆石坝力学性能的非线性预测与控制

5人工神经网络

5.1概述

5.2人工神经网络的结构

5.3人工神经网络的典型模型

5.4反向传播(BP)网络模型

5.5软件的实现

6遗传算法

6.1概述

6.2遗传算法的操作程序

6.3遗传算法的设计

7基于神经网络的水布垭面板堆石坝变形控制与预测

7.1概述

7.2样本的选取

7.3神经网络结构的确定

7.4样本的预处理与网络的训练

7.5水布垭面板堆石坝垂直压缩模量的控制与变形的预测

8BP网络与遗传算法在面板堆石坝设计参数控制中的应用

8.1概述

8.2遗传算法的程序设计与计算

第三篇基子挤压边墙技术的面板堆石坝应力应变分析

9基于挤压边墙技术的钢筋混凝土面板坝施工方法

9.1钢筋混凝土面板坝传统方法施工

9.2钢筋混凝土面板坝混凝土挤压式边墙法施工

10水布垭面板堆石坝三维非线性有限元分析原理

10.1基于挤压式边墙技术的面板堆石坝三维有限元分析的主要问题

10.2基于挤压式边墙技术的面板堆石坝三维有限元分析的计算原理

10.3基于挤压式边墙技术的面板堆石坝三维有限元分析中的本构模型

11基于挤压边墙技术的水布垭面板堆石坝三维非线性有限元分析

11.1水布垭面板堆石坝三维非线性有限元计算模型

11.2无挤压边墙水布垭面板堆石坝应力应变分析

11.3基于挤压边墙散体材料水布垭面板堆石坝应力应变分析

11.4基于挤压边墙块体材料水布垭面板堆石坝应力应变分析

11.5挤压边墙对水布垭面板堆石坝应力应变的影响

11.6挤压边墙断开对水布垭面板堆石坝应力应变的影响

11.7挤压边墙参数对水布垭面板堆石坝应力应变的影响

11.8度汛对水布垭面板堆石坝应力应变的影响

11.9讨论

第四篇混凝土面板裂缝成因及裂缝规律研究

12西北口混凝土面板堆石坝裂缝成因分析

12.1概述

12.2西北口堆石坝混凝土面板裂缝状况及其特点

12.3蓄水前面板荷载分析及计算

12.4面板弹性温度应力的有限元分析

12.5面板裂缝分布规律的理论分析

12.6面板混凝土抗裂能力分析

12.7讨论

第五篇结浯与展望

13结语与展望

13.1结语

13.2展望

参考文献2100433B

该书内容包括基于传统施工方法混凝土面板堆石坝应力应变分析、面板堆石坝力学性能的非线性预测与控制、基于挤压边墙技术的面板堆石坝应力应变分析、混凝土面板堆石坝裂缝成因分析。

本书应用弹性力学和塑性力学的基本原理、计算机技术、非线性科学预测与控制理论对面板堆石坝的普遍问题（面板裂缝、堆石坝应力应变）和新技术（挤压边墙）的力学性能进行研究，并以国内第一座现代混凝土面板堆石试验坝——西北口面板堆石坝和世界目前在建的最高的混凝土面板堆石坝——水布垭面板堆石坝作为研究对象，对混凝土面板堆石坝的应力应变特性进行分析。全书分5篇，共13章，内容包括面板堆石坝应力应变分析、面板堆石坝力学性能的非线性预测与控制、基于挤压边墙技术的面板堆石坝应力应变分析、混凝土面板堆石坝裂缝成因分析。

本书中的研究成果，既可以应用于水利工程混凝土面板堆石坝应力应变分析及其变形预测与控制中，也可以用于土石堤坝、边坡等相关工程的应力应变分析及其变形预测与控制中。

脆性是岩石的一种重要性质,岩石的许多力学行为都与其脆性有关。总结现有的基于强度、应力–应变曲线、加卸载试验、硬度、矿物成分等脆性指标,并详细分析这些指标在评价岩石脆性时的局限性。为合理、准确评价岩石的脆性程度,提出一种建立在应力–应变曲线峰后应力降的相对大小和绝对速率基础上、能够考虑岩石塑性屈服特性和应力状态影响的新的脆性指标,并开展单轴和三轴压缩实验对新指标进行检验 。

试验结果表明:水泥砂浆和大理岩脆性程度均随围压增大而减小,相同应力状态下大理岩脆性程度均大于水泥砂浆,这与二者实际脆性程度相符;单轴试验条件下灰岩、大理岩、花岗岩和红砂岩的脆性程度依次减小,破坏时的轴向应变逐渐增大,这与"应变越低脆性程度越大"吻合。试验结果可很好地验证该脆性指标的可靠性,研究成果对丰富和改进现有的岩石脆性特征评价方法具有重要意义 。

采用Gleeble-1500D热模拟试验机对TB8钛合金进行了常温压缩变形试验,温度为恒温25℃,应变速率范围为0.01~10 s-1。研究了TB8合金常温下流变应力行为,对合金的常温变形机制进行初步的探讨。实验结果表明:TB8材料具有明显的应变速率敏感性,并得到固溶态TB8材料的数学模型。模型计算结果和实验结果显示,该模型可以较好地预测固溶态TB8材料在冷变形时的塑性流动应力。2100433B

由真应力与工程应力应变的关系可以看出，在弹性阶段，工程应力较小，因此真应力和工程应力基本一致，但进入屈服状态后，产生显著的塑性变形，远大于弹性应变，导致工程应变迅速增大，因此在该阶段真应力远大于工程应力。

观察以下真应力-应变曲线，与上述分析一致。其弹性区域和通常的工程应力-应变曲线基本重合，进入塑性阶段后，特别是破坏前发生颈缩现象以后，该处的真应力远高于通常认为的工程应力。

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《混凝土面板堆石坝应力变形特性研究》在总结作者长期从事混凝土面板堆石坝数值计算分析研究成果的基础上，结合国家科技攻关项目和重点科研项目的研究，对混凝土面板堆石坝的应力变形特性进行了系统的研究，分析、探讨了混凝土面板堆石坝在各种情况下的应力变形规律及其相关影响因素。其中，涉及了面板堆石坝的数值计算分析方法、面板堆石坝的应力变形特性和面板堆石坝的离心模型试验等多方面的内容，既有理论分析和论述，也有具体工程的应用实例。《混凝土面板堆石坝应力变形特性研究》可供从事水利、水电工程设计、施工、科研等部门的工程技术人员参考，亦可作为高等院校相关专业师生的教学参考书。2100433B