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大型压缩试验在堆石坝应力变形分析中的应用

水利学报 2004年第9期35卷 38-43页

作者：张丙印李全明清华大学水利水电工程系北京100084

在大坝堆石料大型三轴压缩试验中,剪胀变形在总的体积变形中占有相当大的比例,由其试验结果所确定的模型体变参数通常会夸大剪缩的影响。本文提出了用大型侧限压缩试验结果修正堆石料本构模型体变参数的方法,使用清华非线性解耦KG模型,... 详细信息

在大坝堆石料大型三轴压缩试验中,剪胀变形在总的体积变形中占有相当大的比例,由其试验结果所确定的模型体变参数通常会夸大剪缩的影响。本文提出了用大型侧限压缩试验结果修正堆石料本构模型体变参数的方法,使用清华非线性解耦KG模型,以茅坪溪心墙堆石坝变形计算分析为例,介绍了大型侧限压缩试验成果在确定堆石体本构模型参数过程中的应用。通过与坝体变形实测结果的对比分析,证明使用经侧限压缩试验修正后的本构模型参数,可显著提高坝体变形的计算精度。

关键词：堆石料大型压缩试验体积变形有限元非线性解耦KG模型

无网格自动加密方法及其在土体裂缝分析中的应用

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工程力学 2013年第6期30卷 231-235,253页

作者：彭翀袁会娜张丙印水沙科学与水利水电工程国家重点实验室清华大学水利水电工程系北京100084

将无网格法和弥散裂缝模型结合用于裂缝分析时,需要较细密的节点分布。为了准确描述土体裂缝开展,提出了一种无网格自动加密方法。通过在等参单元上布点后变换到实际的背景积分单元中,实现了裂缝开展区域的局部加密。在背景积分单元中... 详细信息

将无网格法和弥散裂缝模型结合用于裂缝分析时,需要较细密的节点分布。为了准确描述土体裂缝开展,提出了一种无网格自动加密方法。通过在等参单元上布点后变换到实际的背景积分单元中,实现了裂缝开展区域的局部加密。在背景积分单元中使用有限元插值来计算新增节点和高斯积分点的状态变量。将提出的方法与弥散裂缝模型相结合,可用于土体裂缝的分析。对土梁弯曲试验进行模拟计算,验证了方法的有效性。

关键词：无网格法土体裂缝自动加密等参变换土梁弯曲

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人工模拟堆石料颗粒破碎应变的三轴试验研究

岩土工程学报 2009年第3期31卷 464-469页

作者：孔德志张丙印孙逊清华大学水利水电工程系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

高应力作用下堆石料的颗粒破碎严重,其对堆石体变形的影响不可忽视。采用水泥净浆浇筑不同粒径和不同强度椭球颗粒的方法,探讨了一种人工模拟堆石料的制备方法。通过系列的三轴试验研究了不同破碎率情况下模拟堆石料应力变形和破碎体应... 详细信息

高应力作用下堆石料的颗粒破碎严重,其对堆石体变形的影响不可忽视。采用水泥净浆浇筑不同粒径和不同强度椭球颗粒的方法,探讨了一种人工模拟堆石料的制备方法。通过系列的三轴试验研究了不同破碎率情况下模拟堆石料应力变形和破碎体应变的特性。结果表明,试验中相对破碎率同颗粒强度和围压力的相对大小直接相关。颗粒破碎对堆石体的应力应变特性具有十分重要的影响。堆石体的破碎体应变均为正值,且随轴向应变的增加而增大,两者近似呈双曲线关系。破碎体应变和破碎率之间存在近似的幂函数关系。

关键词：人工模拟堆石料颗粒破碎破碎体应变剪胀性

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高面板堆石坝软缝接触计算模型及其数值实现

岩石力学与工程学报 2016年第A01期35卷 2803-2810页

作者：周墨臻张丙印王伟清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

设置软接触纵缝是防止高面板堆石坝发生面板挤压破损的常用工程措施。分析软缝填缝料的挤压特性,提出一个简单实用的双线性软缝挤压模型。通过将软缝概化为可发生相互贯入的软接触界面,提出基于计算接触力学的摄动Lagrange格式,发展相... 详细信息

设置软接触纵缝是防止高面板堆石坝发生面板挤压破损的常用工程措施。分析软缝填缝料的挤压特性,提出一个简单实用的双线性软缝挤压模型。通过将软缝概化为可发生相互贯入的软接触界面,提出基于计算接触力学的摄动Lagrange格式,发展相应的软缝接触算法,并采用三维接触分片试验验证算法的有效性。结合天生桥一级面板堆石坝进行计算分析,结果表明设置软缝可有效减低面板的坝轴向挤压应力。

关键词：数值分析高面板堆石坝软接触纵缝非线性接触摄动Lagrange

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堆石料风化试验仪的研制及应用

岩土工程学报 2009年第9期31卷 1462-1466页

作者：孙国亮孙逊张丙印清华大学水利水电工程系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

研制了堆石料风化试验仪,能够实现干湿循环、冷热循环和应力三因素耦合的试验研究。该设备采用功能模块组合结构设计理念,包括竖向加载系统、水平加载系统、干湿循环控制系统、冷热循环控制系统和数据采集系统。采用了内外兼顾的温控设... 详细信息

研制了堆石料风化试验仪,能够实现干湿循环、冷热循环和应力三因素耦合的试验研究。该设备采用功能模块组合结构设计理念,包括竖向加载系统、水平加载系统、干湿循环控制系统、冷热循环控制系统和数据采集系统。采用了内外兼顾的温控设计思路,不仅可以使试样快速实现温度的变化,且能为试样提供均匀的温度场。利用该设备对典型堆石料进行了干湿循环、温度变化和应力三因素耦合的试验研究。结果表明,该设备能较好的实现干湿、冷热和应力的综合控制,湿冷干热-耦合循环作用对受荷堆石料引起了明显的劣化变形。

关键词：风化温控堆石料干湿循环

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土的基本特性、本构关系及数值模拟研究综述

土木工程学报 2012年第3期45卷 127-150页

作者：姚仰平张丙印朱俊高北京航空航天大学北京100191 清华大学北京100084 河海大学江苏南京210098

按照对土的力学行为影响的程度,将土的基本特性分为三类:基本特性、亚基本特性与关联基本特性。基本特性包括三种:压硬性、剪胀性与摩擦性,它们是土区别于其他材料的最根本特性。亚基本特性包括应力历史依存性、应力路径依存性、软化特... 详细信息

按照对土的力学行为影响的程度,将土的基本特性分为三类:基本特性、亚基本特性与关联基本特性。基本特性包括三种:压硬性、剪胀性与摩擦性,它们是土区别于其他材料的最根本特性。亚基本特性包括应力历史依存性、应力路径依存性、软化特性、各向异性、结构性、蠕变特性、颗粒破碎特性以及温度特性等等,它们通过影响三种基本特性的发展演化规律而间接影响土的应力应变关系。关联基本特性包括屈服特性、正交流动性、相关联性、共轴特性以及临界状态特性等等,它们是考虑建立土的弹塑性本构模型过程中需要关注的基本概念或基本假定。在详细论述土的基本特性及其相互关系后,又通过对非线性弹性的Duncan-Chang模型、弹塑性的Cam-clay模型及其系列UH模型、Asaoka模型、Li-Dafalias模型、Yin-Graham EVP模型以及大陆学者的诸多模型进行深入剖析,具体阐述怎样对土的基本特性进行抽象概括建立本构模型、各本构模型能分别反映哪些特性以及是通过怎样的途径实现对土的基本特性的反映。随后,又探讨了将本构模型应用于数值模拟中的诸多思考以及土工计算方面的个人体会。分别讨论了土工数值模拟的精度以及影响因素,数值模拟中本构模型的选取及参数的获得,变形计算分析中土体初始状态的考虑方法,土体破坏过程模拟分析中对应变局部化的处理,以及在土与结构的接触特性分析中解决二者位移不连续问题的建议。

关键词：土基本特性本构关系数值模拟

高土石坝裂缝分析的变形倾度有限元法及其应用

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岩土力学 2013年第5期34卷 1453-1458页

作者：彭翀张宗亮张丙印袁友仁清华大学水利水电工程系北京100084 中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院昆明650051

土石坝张拉裂缝一般由坝体的不均匀沉降变形引起,是土石坝破坏的主要诱因和表现形式之一。将基于现场沉降监测资料的传统变形倾度法进行了扩展,通过在有限元计算程序中嵌入变形倾度计算模块,发展了基于有限元变形计算的变形倾度有限元... 详细信息

土石坝张拉裂缝一般由坝体的不均匀沉降变形引起,是土石坝破坏的主要诱因和表现形式之一。将基于现场沉降监测资料的传统变形倾度法进行了扩展,通过在有限元计算程序中嵌入变形倾度计算模块,发展了基于有限元变形计算的变形倾度有限元法。该方法简洁实用,方便与常规有限元变形计算相耦合,可作为在工程设计阶段分析和估算土石坝是否会发生表面张拉裂缝的实用方法。应用所发展的变形倾度有限元法,以糯扎渡高心墙堆石坝工程为例,进行了坝体后期变形引起坝体表面发生张拉裂缝的敏感性计算分析,探讨了高土石坝变形倾度的分布规律以及与坝体后期变形的关系,发现对糯扎渡高心墙堆石坝,坝顶后期沉降最大值小于坝高0.39%,可作为防止发生坝顶横向张拉裂缝的控制工况。通过工程实例的计算,说明提出的方法可用于高土石坝的裂缝预测分析。

关键词：土石坝张拉裂缝变形倾度法有限元法

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压实黏土拉压组合三轴试验和扩展邓肯张模型

岩土工程学报 2010年第7期32卷 999-1004页

作者：张琰张丙印李广信孙逊中国电力科学研究院北京100192 清华大学水利水电工程系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

采用研制的卧式三轴拉压试验仪对糯扎渡和双江口心墙堆石坝心墙土料进行了常规三轴压缩试验、三轴拉伸(伸长)试验和三轴压缩–拉伸组合试验。根据试验结果,研究了压实黏土在三轴压缩、拉伸以及从压缩到反向拉伸状态下的应力应变特性。... 详细信息

采用研制的卧式三轴拉压试验仪对糯扎渡和双江口心墙堆石坝心墙土料进行了常规三轴压缩试验、三轴拉伸(伸长)试验和三轴压缩–拉伸组合试验。根据试验结果,研究了压实黏土在三轴压缩、拉伸以及从压缩到反向拉伸状态下的应力应变特性。在此基础上,对邓肯张EB模型的应用范围进行了扩展,扩展后的模型可描述压实黏土从压缩到反向拉伸过程的变形特性,可用于进行土体张拉裂缝扩展问题的模拟计算。

关键词：压实黏土拉压组合三轴试验本构模型联合强度准则

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散粒体材料间接触面力学特性的单剪试验研究

岩土力学 2004年第10期25卷 1522-1526页

作者：张丙印付建李全明清华大学水利水电工程系岩土工程研究所北京100084

在清华大学土与结构接触面循环加载剪切试验机的基础上, 研制了可进行两种散粒体间接触面试验的叠环式单剪试验系统,并对糯扎渡高心墙堆石坝坝料的接触特性进行了系统的试验研究。结果表明,两种散粒体材料间接触面的强度包线为其单相材... 详细信息

在清华大学土与结构接触面循环加载剪切试验机的基础上, 研制了可进行两种散粒体间接触面试验的叠环式单剪试验系统,并对糯扎渡高心墙堆石坝坝料的接触特性进行了系统的试验研究。结果表明,两种散粒体材料间接触面的强度包线为其单相材料强度下的包线。当达到破坏强度后,在接触界面附近会产生集中的“刚塑性”接触面剪切变形,其位置发生在强度最薄弱处。两种散粒体间的接触变形特性可通过刚塑性模型来描述。

关键词：散粒体接触面单剪试验刚塑性模型