变形加固理论及其在高拱坝工程中的应用

论文摘要

高拱坝结构整体稳定性评价、高拱坝坝踵开裂稳定评价、高拱坝坝趾加固设计、高拱坝基础断层的加固处理及岩体力学参数取值问题为高拱坝设计中的关键问题。论文在完善变形加固理论的理论基础之上,采用变形加固理论从变形稳定的角度分别对上述几个问题进行相关的研究工作。论文的主要工作和创新成果如下:1.按照一般的弹塑性理论重新构建了弹塑性结构变形加固理论的理论框架。提出了结构失稳的明确定义,建立了此定义的严格的集合逻辑表述,并以此定义为出发点,推导并证明了变形加固理论的理论基础—最小塑性余能原理。推导表明,最小塑性余能原理是结构平衡条件、变形协调条件和本构关系的集中体现。2.运用变形加固理论,采用工程类比的方法评价高拱坝的整体稳定性。变形加固理论的分析方法是在给定整体安全系数的前提下推求维系结构稳定的不平衡力,塑性余能为结构不平衡力的标量范数,其大小可以反映结构偏离稳定状态的距离,故可评价结构的整体稳定性。从拱坝超载加固的角度评价高拱坝的整体稳定性,建立了高拱坝超载系数K与塑性余能ΔE间的K ?ΔE关系曲线,并以此曲线对国内部分高拱坝的整体稳定性进行评价。3.运用变形加固理论对拱坝坝趾加固设计、断层加固设计及坝踵开裂评价进行研究,实现了坝趾、断层加固力的量化计算及坝踵开裂程度的量化评价。对坝趾加固分析,提出了坝趾加固力的统计方法及便于锚固施工需要的加固力调整方法;对断层加固,根据断层不平衡力的分布和方向,对加固措施的设计和分析进行指导;对坝踵开裂评价,以不平衡力的大小、分布范围和方向评价坝踵可能的开裂程度、开裂范围及开裂模式。4.提出了复合介质强度参数的塑性余能等效方法。推导了复合介质塑性余能的表达式,揭示了复合介质强度参数与变形参数之间的相关性,研究了材料不同配比下复合介质强度参数的变化规律,通过数值计算说明了塑性余能等效方法用于确定复合介质强度参数的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 岩土工程中加固作用的基本机理及加固方法
• 1.3 高拱坝结构的安全评价方法
• 1.3.1 应力控制标准评价方法
• 1.3.2 柔度系数评价方法
• 1.3.3 稳定性评价方法
• 1.3.4 可靠度评价方法
• 1.3.5 能量判据法
• 1.4 拱坝坝踵开裂的研究及评价方法
• 1.4.1 地质力学模型实验方法
• 1.4.2 数值分析研究方法
• 1.5 高拱坝坝趾及基础断层加固分析
• 1.6 岩体力学参数取值方法研究综述
• 1.7 研究意义及研究思路
• 1.8 本文的工作及创新点
• 第2章 变形加固理论
• 2.1 本章引论
• 2.2 变形加固理论
• 2.2.1 关联理想弹塑性本构关系
• 2.2.2 弹塑性失稳结构的机制
• 2.2.3 最小余能原理
• 2.2.4 最小塑性余能原理的证明
• 2.2.5 变形加固理论的推论和讨论
• 2.2.6 结构稳定性分析
• 2.2.7 变形加固理论的有限元表述
• 2.2.8 基于 D-P 准则的不平衡力计算方法
• 2.3 变形加固理论和刚体极限平衡法的对比分析
• 2.4 变形加固理论的应用范围
• 2.5 本章小结
• 第3章 高拱坝整体稳定性评价及断层加固分析
• 3.1 本章引论
• 3.2 高拱坝整体稳定性评价
• 3.2.1 变形加固理论评价高拱坝整体稳定性的合理性探讨
• 3.2.2 各高拱坝的整体稳定性评价
• 3.3 高拱坝基础断层加固分析研究
• 3.3.1 溪洛渡高拱坝错动带加固分析
• 3.3.2 小湾拱坝基础断层加固分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 高拱坝坝趾加固分析及坝踵开裂评价研究
• 4.1 本章引论
• 4.2 高拱坝坝趾锚固
• 4.2.1 坝趾锚固机理算例分析
• 4.2.2 坝趾锚固力标准探讨
• 4.2.3 拱坝坝趾加固分析
• 4.2.4 坝趾抗力体锚固力计算
• 4.2.5 小湾拱坝坝趾加固分析
• 4.3 高拱坝坝踵开裂评价
• 4.3.1 坝踵开裂分析
• 4.3.2 坝踵抗裂标准探讨
• 4.3.3 变形加固理论研究坝踵破坏的试验验证
• 4.3.4 结构试件开裂及不平衡力规律分析
• 4.3.5 小湾拱坝坝踵开裂分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 复合介质强度参数塑性余能等效方法研究
• 5.1 本章引论
• 5.2 复合介质变形参数等效方法
• 5.2.1 Voigt 近似
• 5.2.2 Reuss 近似
• 5.2.3 Voigt 近似与 Reuss 近似上下限的证明
• 5.2.4 能量方法
• 5.3 复合介质强度参数确定方法
• 5.3.1 复合介质等效强度参数研究思路
• 5.3.2 基于塑性余能等效的复合介质强度参数确定方法
• 5.4 算例研究
• 5.4.1 复合介质变形参数的数值验证
• 5.4.2 复合介质强度参数的数值验证
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本章引论
• 6.2 主要成果
• 6.3 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果