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300m级混凝土面板堆石坝变形可靠性分析

作　者: 柴小兵
导　师: 陈立宏
学　校: 北京交通大学
专　业: 岩土工程
关键词: 混凝土面板堆石坝改进一次二阶矩法可靠性敏感性
分类号: TV31
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

目前我国混凝土面板堆石坝的发展正面临着从200m级坝高向300m级坝高发展的技术挑战,开展大坝变形可靠度分析是进行大坝安全分析和评价的有效手段与发展方向。本文首先对可靠度计算方法进行了研究,对最大熵法、改进一次二阶矩、响应面法、蒙特卡罗法以及Rosenblueth法等常见的结构可靠性分析方法的基本原理及其改进方法进行了介绍,研究了各种方法的优缺点和适用范围,提出了控制积分区间长度、采用遗传算法和matlab fsolve函数相结合的方程组求解方法,提高了最大熵法求解成功率。本文旨在提出一套混凝土面板堆石坝风险分析分析的方法并对坝体变形可靠性进行研究。本文首先在陈祖煜院士改进一次二阶矩法的基础上,将一次二阶矩法与数值计算程序有机结合,将改进一次二阶矩法引入复杂结构可靠性分析领域,与目前常用的响应面法相比,该方法具有收敛性好、计算精度高、计算效率高的优点。然后本文中通过将改进一次二阶矩法与Rosenblueth法相结合提出了一套评价混凝土面板堆石坝风险水平的方法,并对一座300m级典型混凝土面板堆石坝坝截面竖向沉降变形和挠曲变形的变形特性进行了分析研究,研究表明邓肯-张E-B模型参数(?)0、Rf、n、K、(?)、m、Kb、Kur,(其中(?)0、(?)为材料强度参数,n、K为切线模量试验常数,m、Kb为体积模量试验常数,Rf为破坏比,Kur为卸载-再加载模量试验常数),对坝体变形的影响较为复杂,与参数值、参考点位置、变形类别都有关系,对于水平变形敏感性按照(/)0、Rf、n、K、(?)、m、Kb、Kur的顺序逐渐减小,对于竖向沉降不同位置处参数敏感性排序不同,(/)0、Kb岛、m、Rf是影响竖向变形的主要因素。本文最后还对竣工期和蓄水期300m级混凝土面板堆石坝坝体沉降变形可靠指标以及面板挠曲变形可靠指标对(/)0、Rf、K、(?)、Kb这五个参数的变异系数进行了敏感性分析,通过分析计算发现Kb、(?)0的变异系数对沉降变形可靠指标的影响远大于其它三个因素,而(?)O、Rf变异系数对沉降变形可靠指标影响很小,而对于面板挠曲变形可靠指标其敏感性按照K、(?)0、Rf、Kb、(?)的顺序递减,K、(?)0的变异性是影响面板挠曲变形可靠指标的主要因素。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
1 绪论  12-22
  1.1 研究背景及意义  12-13
  1.2 混凝土面板堆石坝概述  13-15
    1.2.1 混凝土面板堆石坝的设计特点  14
    1.2.2 混凝土面板堆石坝的施工特点  14-15
  1.3 可靠性分析水工结构中的发展  15-20
    1.3.1 可靠度理论在水利工程中的研究现状  16
    1.3.2 参数随机特性的统计  16-17
    1.3.3 可靠度分析方法  17-20
  1.4 本文主要内容  20-22
2 岩土工程可靠性分析常用方法  22-38
  2.1 蒙特卡洛法  22-24
    2.1.1 蒙特卡罗法基本原理  22-23
    2.1.2 蒙特卡罗法特点  23-24
  2.2 一次二阶矩法  24-25
  2.3 响应面法  25-27
    2.3.1 响应面基本原理  25-27
    2.3.2 响应面法特点  27
  2.4 Rosenblueth法  27-30
    2.4.1 Rosenblueth法基本原理  28-29
    2.4.2 Rosenblueth法研究现状  29-30
    2.4.3 Rosenblueth法的改进  30
  2.5 最大熵法  30-38
    2.5.1 最大熵法基本原理  30-32
    2.5.2 最大熵法积分区间对结果的影响  32-33
    2.5.3 方程组简化  33-34
    2.5.4 最大熵法方程组求解方法  34-38
3 基于改进一次二阶矩法的复杂结构可靠性分析方法  38-50
  3.1 一次二阶矩法(FOSM)基本原理  38-42
    3.1.1 相互独立的正态随机变量  38-40
    3.1.2 非正态相关随机变量一次二阶矩法  40-42
  3.2 改进一次二阶矩(FOSM)法基本原理  42-43
  3.3 改进一次二阶矩法与有限元程序的结合  43-44
  3.4 基于改进FOSM法复杂结构可靠指标求解步骤  44-45
  3.5 一次二阶矩法与响应面法的比较  45
  3.6 验证示例  45-47
    3.6.1 示例1  46
    3.6.2 示例2  46
    3.6.3 示例3  46
    3.6.4 计算结果  46-47
  3.7 小结  47-50
4 邓肯张模型参数敏感性分析  50-64
  4.1 邓肯张E-B模型基本理论  50-54
    4.1.1 切线变形模量E_i  51-53
    4.1.2 卸载-再压缩模量E_(ur)  53
    4.1.3 体变模量B  53-54
  4.2 侧限压缩变形参数敏感性分析  54-60
    4.2.1 压缩应变理论推导  54-56
    4.2.2 压缩应变敏感性分析  56-60
  4.3 三轴试验变形敏感性分析  60-61
  4.4 小结  61-64
5 面板堆石坝变形及可靠指标敏感性分析  64-88
  5.1 典型面板堆石坝工程概况  64
  5.2 堆石体本构模型  64-65
  5.3 数值计算程序及模型  65-66
  5.4 混凝土面板堆石坝变形敏感性分析  66-73
    5.4.1 有限元计算结果  67
    5.4.2 变形敏感性分析  67-73
  5.5 可靠指标敏感性分析  73-75
    5.5.1 随机变量的确定  73-75
    5.5.2 功能函数的建立  75
  5.6 可靠指标计算  75-77
  5.7 可靠指标敏感性分析  77-86
    5.7.1 竣工期坝体沉降可靠指标敏感性  77-81
    5.7.2 蓄水期坝体沉降变形可靠指标敏感性分析  81-84
    5.7.3 面板挠曲变形可靠指标敏感性分析  84-86
  5.8 小结  86-88
6 结论与展望  88-90
  6.1 主要研究成果  88-89
  6.2 未来工作展望  89-90
参考文献  90-96
作者简历  96-100
学位论文数据集  100

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