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变形加固理论及其在高拱坝工程中的应用

陈英儒  
【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。


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