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本文针对在水压和温度等荷载作用下坝体和基岩变形表现出明显的时效性,以及水利工程的复杂性,坝体和基岩本构模型和参数具有不确定性等问题,研究了高坝与基岩的时变效应分析模型和方法,同时还研究了混凝土、岩石一类材料本构关系的模型优选和参数反演,探讨了区间正反分析方法及其应用,在此基础上,结合大坝安全监测资料,通过对龙羊峡大坝进行时变正反分析,从力学机理上解析了龙羊峡大坝拱冠梁径向时效位移在2530m~2610m高程向上游变形的“疑点”。
具体研究内容如下:
(1)研究了高坝与基岩的时变效应及其力学特性,根据工程材料的时变特性采用不同的时变模型进行模拟;深入研究了应力张量、应力偏量和球应力状态下的线性粘弹性有限元计算式,得到了当应力张量引起的粘性变形规律与应方偏量和球应力分别引起的粘性变形规律相同时的粘性系数关系式。
(2)探讨了薄层单元的基本假设和简化,认为可通过横观各向同性体本构方程采用合理简化得到薄层单元的本构方程;基于Marc软件开发了薄层单元蠕变程序,并进行了算例验证。
(3)依据常荷载下的弹-粘塑性问题有限元分析时,当所有应变率均为零时得到的是不考虑粘滞体的弹塑性解,提出了弹-粘塑性模型优选两步法。
(4)研究了现有文献报导的几种区间有限元算法,指出基于单元的区间算法与区间参数摄动法在推导位移离差计算式时使用了区间运算的分配律。在此基础上,推导了较严谨的区间参数摄动法计算公式。
(5)首次将区间分析方法应用于粘弹性问题和弹塑性问题的分析。推导了粘弹性问题和弹塑性问题的区间参数摄动法计算公式,研制了相应的区间有限元程序。提出了区间参数单调性优化反分析法;同时提出可利用区间数的概念合理解决监控模型分离分量相关性的问题。
(6)研究了龙羊峡重力拱坝径向时效分量的特性:提出了大坝和基岩粘弹性参数反演三步法。采用所提出的三步法对龙羊峡大坝坝体和基岩的敏感性参数进行了反演。通过时变正反分析,从力学机理上解析了龙羊峡大坝拱冠梁径向时效位移在2530m~2610m高程向上游变形的“疑点”。