高壩會(huì)議-楊強(qiáng)

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1、第一屆全國高壩安全學(xué)術(shù)會(huì)議高拱壩—壩肩結(jié)構(gòu)抗震穩(wěn)定與加固楊強(qiáng)2010年9月27日水沙科學(xué)與水利水電工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室清華大學(xué)水利水電工程系概述拱壩壩基穩(wěn)定和加固的非線性動(dòng)力分析相對(duì)較少；拱壩動(dòng)力穩(wěn)定分析方法很多方面沿襲靜力分析；變形加固理論（靜力）可有效確定拱壩整體安全度、最優(yōu)加固區(qū)域及加固力，已在溪洛渡、錦屏一級(jí)、小灣、白鶴灘、松塔、馬吉拱壩上得到應(yīng)用；本研究探討將變形加固理論應(yīng)用于拱壩壩基穩(wěn)定和加固的非線性動(dòng)力分析；首先重點(diǎn)討論（靜力）抗滑穩(wěn)定和變形穩(wěn)定之間的區(qū)別。拱壩穩(wěn)定分析方法抗滑穩(wěn)定分析（規(guī)范設(shè)計(jì)方

2、法）剛體極限平衡法變形穩(wěn)定或整體穩(wěn)定分析三維非線性有限元地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)本報(bào)告重點(diǎn)討論變形穩(wěn)定的特點(diǎn)，并和剛體極限平衡法進(jìn)行對(duì)比。變形穩(wěn)定特點(diǎn)整體性：以結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度儲(chǔ)備或超載系數(shù)等整體安全度評(píng)價(jià)穩(wěn)定性加固性：加固（或支護(hù)）是評(píng)價(jià)變形穩(wěn)定的基本要素；過程性：破壞是一個(gè)過程而非一個(gè)狀態(tài)；問題根源：大量自由度結(jié)構(gòu)體系加固特性：洞室變形穩(wěn)定（新奧法）洞壁位移u時(shí)間tu1t1坍塌支護(hù)力P最優(yōu)加固力最優(yōu)加固時(shí)機(jī)新奧法施工原理：適時(shí)支護(hù)洞室穩(wěn)定是典型的變形穩(wěn)定；新奧法施工原理說明：加固力和變形有關(guān)；加固力是變形穩(wěn)定的核心要

3、素！加固特性：高邊坡變形穩(wěn)定（黃潤秋）過程性：破壞是一個(gè)過程周維垣教授提出了拱壩地質(zhì)力學(xué)模型的三個(gè)超載安全度控制指標(biāo)K1（起裂）、K2（非線性變形）、K3（喪失承載力），進(jìn)入了拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范。破壞是一個(gè)過程，無法用單一安全度來評(píng)價(jià)！規(guī)范建議的整體穩(wěn)定安全度：問題根源：大量自由度結(jié)構(gòu)體系按照隆德法，一個(gè)三維楔形體就有八種滑移模式。一個(gè)三維楔形體有3個(gè)自由度；雙滑塊和多滑塊穩(wěn)定性沒有的到很好解決。連續(xù)變形體有無限自由度（有限元簡化為有限自由度），存在大量破壞模式。TN剛體極限平衡法分析穩(wěn)定：滑動(dòng)力=阻滑力阻滑力

4、N+cA極限穩(wěn)定：滑動(dòng)力=阻滑力阻滑力=fN+cA失穩(wěn)：滑動(dòng)力>阻滑力滑動(dòng)力=阻滑力+加固力阻滑力=fN+cATNQ阻滑力最大化加固力最小化不平衡力內(nèi)力＝自承力+加固力＝外荷載內(nèi)力＝外荷載彈塑性應(yīng)力調(diào)整示意圖不考慮屈服條件的平衡條件考慮屈服條件的平衡條件滑動(dòng)力=阻滑力+加固力TNQ滑動(dòng)力=阻滑力最小塑性余能原理對(duì)于給定的外荷載，在所有和其平衡的應(yīng)力場中，結(jié)構(gòu)真實(shí)應(yīng)力場的塑性余能最小。塑性余能：不平衡力自承力+加固力＝外荷載塑性余能是不平衡力的標(biāo)量范數(shù)；最小塑性余能原理要求不平衡力或加固力最小化；最小塑性余能原

5、理推論在外荷載給定條件下,通過變形調(diào)整自承力和加固力，彈塑性結(jié)構(gòu)總是趨于自承力最大化，而加固力最小化的變形狀態(tài)。最小塑性余能原理推論：潘家錚最大最小原理；新奧法施工原理失穩(wěn)：滑動(dòng)力>阻滑力滑動(dòng)力=阻滑力+加固力阻滑力=fN+cATNQ阻滑力最大化加固力最小化穩(wěn)定性分析（整體、過程、加固）通過比對(duì)諸工程的超載安全度與塑性余能的關(guān)系曲線,可評(píng)價(jià)拱壩整體穩(wěn)定性。14理論框架概述核心目標(biāo)地震作用下結(jié)構(gòu)最有效的抗震加固力分布基礎(chǔ)理論變形加固穩(wěn)定理論的動(dòng)力學(xué)自然延伸分析流程特點(diǎn)整體性—定量反映全時(shí)程結(jié)構(gòu)整體地震抗力加固性

6、—獲得結(jié)構(gòu)主導(dǎo)性的動(dòng)力破壞模式，包括部位和形態(tài)過程性—體現(xiàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)力破壞全過程三維非線性有限元時(shí)程分析塑性余能時(shí)程關(guān)鍵時(shí)刻不平衡力分布穩(wěn)定評(píng)價(jià)加固設(shè)計(jì)16不平衡力自承力+加固力＝外荷載+慣性力+阻尼力自承力＝外荷載+慣性力+阻尼力不考慮屈服條件的動(dòng)力平衡考慮屈服條件的動(dòng)力平衡塑性余能彈塑性應(yīng)力調(diào)整示意圖理論框架概述-變形加固理論的動(dòng)力學(xué)自然延伸17計(jì)算程序簡介—CTFine開發(fā)平臺(tái)：C++.NET2008，ActiveTCL85面向?qū)ο螅侯惖亩x和繼承清晰嚴(yán)密，通信完全基于虛基類，程序具有良好的封裝性和可擴(kuò)充性

7、；標(biāo)準(zhǔn)化：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完全采用STL范型，穩(wěn)定高效；可編程流式命令驅(qū)動(dòng)：基于TCL腳本語言，程序由可編程流式命令驅(qū)動(dòng)（類似于inp文件，F(xiàn)ISH語言等），靈活性強(qiáng)；運(yùn)算和存儲(chǔ)效率高：矩陣運(yùn)算采用CBlas/CLapack數(shù)值計(jì)算庫，線性方程組采用SSORPCG求解，整體計(jì)算效率僅比Abaqus低3%~5%；系數(shù)矩陣存儲(chǔ)采用節(jié)點(diǎn)為中心動(dòng)態(tài)指針記位存儲(chǔ)策略，內(nèi)存開銷與模型自由度僅成線性關(guān)系；后處理功能完善：與后處理軟件Tecplot無縫連接，自動(dòng)生成各種圖表以及動(dòng)畫展現(xiàn)計(jì)算成果。18DomainNodeElement

8、EightNodeBrickMSC.PatranSixNodeWedgeMaterialDP_YangOff_FaultVP_Perzyna…RecorderNodeRangeElementRangeTecplot_DataNormalDecomposeTecplot360LoadPatternNodalForcePressureTemperatureBodyForceMotionPatternNo