施工质量不确定下高土石坝应力变形随机有限元分析

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1、摘要在常规的土石坝应力变形计算中,坝体材料参数通常采用设计值,但是由于施工质量的影响,往往会造成实际坝体材料参数在空间上的差异性,进而影响有限元计算结果。因此,有必要研究施工质量不确定性下的高土石坝应力变形,进而为分析高土石坝坝体安全提供更准确的依据。本文的主要研究内容和成果如下:(1)基于土石坝碾压过程的实时监测数据,分析了碾压参数、料性参数与干密度的相关性,建立了干密度多元回归模型;并且根据三轴剪力试验成果,建立了干密度、料性参数与邓肯-张EB模型材料参数的多元回归模型,给出了实际施工质量(碾压参数和料性参数的控制)与坝料干密度、坝料材料参数之间的定量关系。(2)统计了实际施工碾压参数在

2、仓面空间上的分布规律,基于所建立的坝料干密度多元回归模型,并利用蒙特卡洛方法,分析了心墙坝料干密度的空间不确定性;进而,根据坝料干密度的分布规律和所建的材料参数回归模型,得到了坝料干密度空间不确定性下的坝体材料参数不确定性,为坝体应力变形随机有限元计算提供了基础数据支撑。(3)考虑坝体材料参数空间不确定性,提出了基于随机有限元法的高土石坝应力变形不确定性分析方法。利用随机有限元方法,得到了土石坝应力变形的变化规律;并与设计工况比较,确定了实际施工质量对坝体应力变形的影响,以及应力变形的超标概率,从而为更准确地分析大坝安全提供了新的途径。关键词:高土石坝;施工质量;应力变形;不确定性;随机有限

3、元ABSTRACTConventionalmethodscommonlyusethedesigneddammaterialparameterstocalculatethestressanddeformationofhighearth-rockdam.However,practicalmaterialparametersaredifferentatdifferentpositionswiththeeffectofconstructionqualitydifference,whichmaycausetheincorrectresultofthefiniteelementcalculation.T

4、herefore,itisnecessarytostudyonthestressanddeformationofearth-rockdamconsideringconstructionqualityuncertaintyandthenprovidemoreaccuratemethodforhighearth-rockdamsafetyanalysis.Themaincontentsandachievementsofthepaperareasfollows:(1)Basedonreal-timemonitoringdataintherollingprocessofearth-rockdam,t

5、hecorrelation-shipbetweencompactionparameters,moisturecontentgradationanddensityisanalyzed,andmultipleregressionmodelofmaterialdensityisestablished.Meanwhile,accordingtotheresultsoftriaxialsheartest,multipleregressionmodelsamongdensity,moisturecontent,gradationandmaterialparametersareestablished.Th

6、erefore,thequantitativerelationshipamongpracticalconstructionqualityanddensity,materialparametersisdetermined.(2)Spatialdistributionsofactualconstructioncompactionparametersonworkunitsareyieldedbythestatisticalprocess.Combinedwiththeestablisheddensityregressionmodel,thespatialuncertaintyofthedensit

7、yisanalyzedusingMonte-Carlomethod.Furthermore,basedonthedensitydistributionandtheestablishedmaterialparametersregressionmodels,theuncertaintiesofmaterialparameterscanbeobtainedwithconsiderationofdensityspat

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