高混凝土坝结构安全与优化理论及应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 研究对象及研究意义 1

1.2 研究现状及发展趋势 3

1.2.1 高混凝土坝坝基失稳机理研究 3

1.2.2 高混凝土坝抗滑稳定分析方法与控制标准研究 3

1.2.3 高混凝土坝温度及徐变应力仿真分析方法研究 5

1.2.4 高混凝土坝体形优化研究 7

1.3 研究内容 9

1.4 研究思路 11

主要参考文献 12

第2章 高混凝土坝宏观力学参数研究 15

2.1 大尺度坝工材料宏观抗剪强度的随机——临界研究 15

2.1.1 大尺度材料性能的随机场概率模型 15

2.1.2 基岩材料抗剪强度的随机参数估计方法 16

2.1.3 逾渗（Percolation）理论的启示 19

2.1.4 大面积软弱结构面的抗剪强度 20

2.1.5 大体积岩土、混凝土的抗剪强度 24

2.2 混凝土坝基面的宏观抗剪强度研究 38

2.2.1 坝基面宏观屈服的临界条件 38

2.2.2 混凝土坝基面的宏观抗剪强度 40

2.2.3 坝基面宏观抗剪强度的数值求解方法 42

2.3 大体积岩土混凝土宏观力学的计算机随机模拟方法研究 48

2.3.1 大体积岩土混凝土宏观力学性质 48

2.3.2 深厚覆盖层高压旋喷凝结体的宏观力学参数研究 51

2.4 小结 54

主要参考文献 54

第3章 高混凝土坝坝基岩体力学模型研究 56

3.1 坝基岩体力学模型概述 56

3.1.1 Mohr-Coulomb屈服准则 56

3.1.2 广义Mises屈服准则 57

3.1.3 坝基软弱结构面的各向异性屈服准则 58

3.1.4 节理力学模型 59

3.1.5 坝基岩体的本构模型 60

3.2 坝基稳定分析的广义Mises屈服准则 60

3.2.1 Mohr-Coulomb屈服准则的改进 61

3.2.2 广义Mises屈服准则精度的研究 63

3.3 坝基稳定分析的弹塑性损伤演化本构模型 75

3.3.1 弹塑性损伤演化的一般格式 76

3.3.2 损伤场的计算策略 77

3.3.3 损伤场的半解耦计算 78

3.4 小结 79

主要参考文献 80

第4章 高混凝土坝结构安全的非线性随机有限元法及非概率可靠性分析 81

4.1 高混凝土坝结构非线性随机有限元分析 81

4.1.1 非线性随机有限元的迭代格式 81

4.1.2 基于非线性随机有限元法的可靠度计算 84

4.1.3 算例 85

4.2 随机渗流场分析 87

4.2.1 确定性渗流场 87

4.2.2 随机性渗流场 88

4.3 基于集合理论凸模型的非概率分析方法 91

4.3.1 非概率凸集模型理论的鲁棒性准则 91

4.3.2 Ben-Haim鲁棒可靠性准则剖析 92

4.3.3 基于区间分析的非概率可靠性指标计算 96

4.3.4 可靠性非概率模型与概率模型的比较 98

4.4 高拱坝的非概率可靠性分析 99

4.4.1 基于随机有限元响应面法的非概率可靠度计算模型的建立 100

4.4.2 分析算例 102

4.5 小结 104

主要参考文献 105

第5章 重力坝深层抗滑稳定设计表达式及分项系数研究 106

5.1 概述 106

5.2 深层抗滑稳定分析分项系数极限状态设计方法产生背景 107

5.3 深层抗滑稳定分析的极限平衡法 108

5.3.1 深层抗滑稳定传统计算方法与99版规范建议公式 108

5.3.2 对99版规范建议公式的讨论 109

5.3.3 基于Sarma法的安全系数广义计算公式 110

5.3.4 双滑面等K′法计算公式 112

5.3.5 多滑面等K′法计算公式 112

5.4 坝基双滑面抗滑稳定可靠度分析和目标可靠指标确定 114

5.4.1 极限状态方程 114

5.4.2 可靠指标计算 116

5.4.3 目标可靠指标确定 128

5.5 混凝土重力坝深层抗滑稳定极限状态设计表达式和分项系数 128

5.5.1 分项系数的种类 129

5.5.2 重力坝深层抗滑稳定分项系数极限状态设计表达式 130

5.5.3 标准值和分项系数 131

5.5.4 结构系数计算 131

5.5.5 成果分析 138

5.5.6 建议的设计表达式以及相应分项系数 138

5.6 工程算例 140

5.7 小结 147

主要参考文献 147

第6章 高混凝土坝抗滑稳定分析的分项系数有限元法研究 149

6.1 基于非线性有限元法的渐进破坏过程模拟 149

6.2 分项系数有限元法 151

6.3 基于非线性有限元法的系统整体失稳判据 153

6.3.1 塑性屈服区贯通法 153

6.3.2 位移突变法 153

6.3.3 有限元迭代不收敛判据 154

6.3.4 变形稳定判据 155

6.3.5 能量法 155

6.4 影响重力坝深层抗滑稳定分析的因素研究 155

6.4.1 参与降强度参数的区域对坝基稳定性的影响分析 156

6.4.2 弹性模量和泊松比对坝基稳定性的影响分析 160

6.5 运用分项系数有限元法的算例分析 166

6.6 小结 168

主要参考文献 168

第7章 高混凝土重力坝坝基失稳机理及控制标准研究 170

7.1 高混凝土重力坝均质坝基的失稳机理研究 170

7.1.1 计算分析方法 170

7.1.2 坝基破坏过程及失稳机理分析 173

7.2 重力坝坝基失稳准则以及稳定审查方法研究 178

7.2.1 坝基失稳形态 178

7.2.2 坝基稳定设计的“准弹性”准则 180

7.2.3 “准弹性”准则的公式及算例分析 181

7.3 高碾压混凝土重力坝的失稳机理研究 183

7.4 高混凝土重力坝的稳定临界准则及设计安全系数研究 186

7.4.1 稳定临界准则公式 187

7.4.2 等比例降强度稳定临界准则公式的设计安全系数研究 188

7.4.3 不等比例降强度稳定临界准则公式的设计安全系数研究 192

7.5 小结 195

主要参考文献 196

第8章 高混凝土坝温度控制理论及温控仿真分析方法 197

8.1 高混凝土坝水库水温数值分析方法 197

8.1.1 水库水温一维数值分析模型 197

8.1.2 水库水温二维数值分析模型 200

8.1.3 考虑淤沙影响的二滩水库水温数值分析 201

8.1.4 考虑淤沙影响的水库水温对封拱温度及运行期坝体应力的影响 204

8.2 高混凝土坝温度场及温度应力分析理论 206

8.2.1 温度场计算的基本原理 206

8.2.2 混凝土坝弹性徐变温度应力场计算方法 211

8.2.3 温度场及温度应力全过程仿真流程 215

8.3 大体积混凝土非线性徐变模型理论 217

8.3.1 混凝土非线性徐变模型 217

8.3.2 基于非线性徐变模型的温度应力仿真计算方法 218

8.3.3 混凝土非线性徐变模型的试验验证 220

8.3.4 大体积混凝土气温骤降条件下的表面温度应力计算 222

8.4 大体积混凝土温度应力分析的时间非线性弥散裂缝模型 224

8.4.1 单个时步内温度应力的增量 225

8.4.2 考虑时间效应的混凝土本构模型和破坏准则 225

8.4.3 混凝土时间非线性弥散裂缝模型 227

8.5 大体积混凝土温度裂缝扩展分析的无网格方法 228

8.5.1 热传导问题的无网格法控制方程 228

8.5.2 无网格法求解瞬态热传导的过程 229

8.5.3 混凝土温度裂缝扩展过程模拟 230

8.5.4 数值算例验证 232

8.6 高拱坝施工期横缝接触模型及横缝开合度模拟方法 234

8.6.1 接触摩擦算法 235

8.6.2 基于扩展拉格朗日算法的接触单元 236

8.6.3 横缝三维有厚度接缝单元 237

8.6.4 接触-接缝复合单元格式 239

8.7 基于可靠度理论的混凝土坝随机开裂模型及安全评价 240

8.7.1 混凝土坝的随机开裂模型 240

8.7.2 大体积混凝土裂缝的可靠度分析算例 245

8.8 小结 247

主要参考文献 248

第9章 高混凝土坝体形优化理论研究 253

9.1 概述 253

9.2 优化原理和方法 253

9.2.1 最优化问题的数学模型 253

9.2.2 最优化问题的分类 254

9.2.3 最优化问题的求解方法概述 254

9.3 混凝土坝体形优化中常用的优化求解算法 256

9.3.1 复合形法 256

9.3.2 序列二次规划法（SQP法） 257

9.4 常态混凝土重力坝体形优化方法 260

9.4.1 优化变量 260

9.4.2 目标函数 260

9.4.3 约束条件 260

9.4.4 荷载计算 260

9.4.5 抗滑稳定和应力 261

9.5 碾压混凝土重力坝体形优化方法 261

9.5.1 碾压重力坝坝体断面优化设计的数学模型 262

9.5.2 碾压重力坝坝体断面优化设计的程序框图 264

9.6 混凝土拱坝体形优化方法 265

9.6.1 混凝土拱坝体型优化设计的数学模型 266

9.6.2 拱坝有限元分析的自动化实现 268

9.6.3 拱坝优化程序设计 278

9.7 小结 279

主要参考文献 280