混凝土坝安全监测技术与实践

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发表时间:2018-05-25 15:22

混凝土坝安全监测工作概况

经萱禄

二十世纪50年代初期,在丰满和位于淮河上游的几座混凝土坝仅开展了位移、沉陷等简单的外部观测工作,随后开始在上犹江、响洪甸、流溪河等混凝土坝内零星地埋设了温度计、应变计、应力计等仪器,并安装了垂线观测设备等。直到二十世纪50年代末期才对新安江、三门峡等大型混凝土坝系统地开展了较大规模的内、外部观测工作。这些大坝工程的观测设计和仪器安装埋设基本上是水科院协同有关单位进行的,而当时所用的内部观测仪器主要是依靠瑞士和日本进口的。

1958年作者从日本归国,被分配到水科院结构材料所工作。作者在日本时从事大坝安全监测工作,并与日本共和电力公司技术协作,生产了差动电阻式系列(又名卡尔逊)仪器,因而在回国时带回一整套仪器及图纸。由于当时国内建设需要大量观测仪器,结构材料所趙佩钰所长委派作者和林世卿等人到南京、上海等地寻求协作单位。最初上海教育仪器厂同意协助制造内部观测仪器,而由科培仪表厂生产比例电桥。林世卿同志则长期蹲点驻厂协助,这才使我国自制仪器有了良好的开端。由于国内水利水电工程对观测仪器的需求量逐渐增大,水电部令直属单位南京水利电力仪表厂(南京自动化设备厂前身)也生产此类仪器,由此自上世纪六十年代初起我国水利水电工程就全部使用了国产观测仪器。该仪器的稳定性良好,宜埋于混凝土内长期使用。目前已广泛地应用于其他领域的土建工程中,长期监测及掌握建筑物的运行状态,以确保安全。

1958年和1960年水科院结构材料所先后举办了两期混凝土坝观测人员训练班,加强了基层单位的技术力量。由作者主要负责和观测组有关同志于1960年合作编著出版了《混凝土坝内部观测》一书。1964年中国水利学会委托结构材料所负责召开了水工建筑物原体观测学术讨论会。

在应变计观测资料整理方面,由于观测工作要求应变计有很高的长期稳定性,因此测值中除含有偶然误差外,还可能存在系统误差,这就会对资料的整理和分析带来困难。观测组于1964年提出了以统计理论为基础的一整套观测资料分析方法,可随时控制观测误差的出现,并应用“连”的检验法,检查测值是否有系统误差存在,该法于二十世纪70年代由成都计算机应用研究所,将该方法编制了程序,并应用于龚咀混凝土重力坝观测资料分析,取得了良好的效果。

1964年,结构材料所观测组首次对柘溪大头坝用有效弹性模数方法进行了实测应力分析,其成果发表于《水利学报》上。陶家发同志对应变计进行了动态观测试验,获得了良好成果。这证实了在某一频率范围内,该仪器完全可以应用于动态观测,从而扩大了该仪器的应用范围。

总的来说,在1966年以前观测组的工作重点是协助工厂进行仪器的制作,并与有关工程单位协作进行观测仪器的布置与埋设等工作。此外,还进行了对观测工作的普及、交流、推广和促进等工作。

1966年以后的10年期间,一些中央的科研机构和设计单位被撤消或外迁,但一些基层单位的有关人员仍在仪器研制、资料分析和安全监测等方面继续作出了一定的贡献。如林世卿同志在二十世纪60年代初期由水科院下放后辗转调至南京水利电力仪表厂,“文革”期间储海宁和吕刚两同志也相继调至南京。他们都在观测仪器或二次仪表方面作出了成绩和贡献,但水科院的观测工作几乎处于停顿状态。

二十世纪70年代后期水科院结构材料所恢复重建,但原观测组人员调回的很少,这阶段的工作,重点是保证观测仪器的质量及增加品种、培养新生力量、资料分析,以及了解国内外研究动态等方面。

1982年作者和林世卿制定了六项观测仪器仪表的国家标准,该项目1985年获国家科技进步三等奖。这里值得一提的是林世卿同志将原有四芯仪器改为五芯,并对仪表的线路作了改进。这一措施大大地提高了差动电阻式仪器的性能,即电缆的最大长度由原来100米增长至6000米,基本不受导线间的不等值变化对测值的影响,因而大大地提高了量测的稳定性及精度。

1984年在葡萄牙召开的“Safety of Dams”国际会议上,作者代表我国所提出的“A genecal view on the safety monitoring of concrete dams in China”一文中介绍了我国使用五芯电桥的情况,并在大会上作了报告,在会上即刻受到澳大利亚代表的赞扬。澳方代表认为这一改进克服了目前在使用差动电阻式仪器上的缺点,随后他们向我国订购了一批这种仪器,并得到了好评。

1985年在瑞士召开的第15届国际大坝会议上,作者与林世卿共同提出了一篇名为“New advanced in elactic wire resistance type meters”(电阻式仪器的新进展)的文章中,详述了其原理及试验和实测成果。这篇报告受到了一些国家的重视,尤其是著名的瑞士胡根堡厂家曾表示愿意投资并要求技术合作。该公司曾派经理赴南京访问过。

为了培养新生力量,作者先后招收了3名研究生,张进平即是其中之一。他对刘家峡与新安江两水电站的钢蜗壳及其外围钢筋混凝土的长期观测资料进行了分析,并建立了涉及实际断面的力学模型,进行了有限元计算,以验证观测分析成果。对新安江水电站蜗壳上的钢板计及钢筋计首次用示波器记录了充水与放水时的应力变化过程,得出了钢蜗壳与外围钢筋混凝土联合作用成果,并对“从实测应变计算应力中的徐变问题”进行了研究,期望在现有徐变理论水平上,提高计算效率,使应力分析工作更好地发挥作用。以上两专题都提出了研究报告。

研究生印倍乐对69m高的恒山拱坝的位移进行了回归分析,这在外部观测资料分析方面作出了很好的开端。总之,水科院结构材料所原型观测组是我国大坝安全监测工作起步最早的,它促进了全国各水利水电工程的安全监测工作,随后国内的坝工的监测工作逐步得到充实和发展。二十世纪70年代末至80年初,为了使国内有关人员及时了解并掌握国内外在安全监测方面的动态,作者搜集了国内外大量资料,编写了“我国混凝土坝工建筑物原型观测工作的进展”、“国外关于坝工的原型观测与安全监控的若干情况”、“大坝安全监测的发展趋势”、“国外关于混凝土坝原型观测中若干问题的简介”等报告。庄万康同志编写了“混凝土坝位移观测资料分析方法综述”与“长期观测数据的误差处理方法的探讨”等文章。

目前在国内无论在观测仪器设备生产方面或实际大坝安全监测工作方面似乎都能看到水科院结构材料所留下的影子,譬如在南京生产监测仪器设备的三个单位,都有原水科院结构材料所观测人员参与着。林世卿同志于1994年退休后自办新厂,也生产各类坝工监测仪器,并增加了品种,提高了灵敏度等,部分仪器设备应用于三峡工程。林世卿同志不幸于2000年得了白血病而故世,他爱人接受了这一严酷的事实,继续了他的事业。为了纪念他和作者的永恒友谊,于2002年将其工厂更名为“南京林经岩土工程监测仪器有限公司”继续生产。

混凝土坝与地基联合作用仿真分析

陈平

本项目研究是在参加龙滩水电站坝型比选阶段提出来的。在龙滩水电站坝型比选阶段,比较了拱坝、面板堆石坝及重力坝3种坝型。拱坝方案由法国Coyne et Bellier公司进行了设计咨询,该公司进行了拱坝方案的三维有限元弹塑性计算,计算模型中考虑了3条断层(F2F60F66),但法国人的计算存在以下三个问题:(1)断层F1F4对工程影响较大,计算中未予考虑。(2)未进行初始渗流场分析,法国人假定山体中地下水位与河水齐平,但实际上山体中地下水位很高,由这一假定可能引出重大误差甚至错误。(3)蓄水后未进行渗流场分析,而是把原本是分散的渗流荷载简化为直接作用在帷幕上的全水头水压力。由于存在以上重大问题,使得地基F2断层计算的相对位错过大。为此法国Coyne et Bellier公司的咨询报告建议对F2断层采取规模巨大的工程处理措施,致使拱坝方案完全失去了优越性。中国水科院结构材料所张有天同志在研究了法国Coyne et Bellier公司的咨询报告后,向设计单位(中南勘测设计研究院)提出了上述看法,设计单位委托中国水科院对龙滩水电站拱坝方案进行复核分析。

复核分析的计算采用与法国Coyne et Bellier公司相同的计算域,类似的网格划分,大部分单元采用二次等参单元,模型中增加了F4断层,考虑了与F2断层平行的岩石层面的非线性特性,将拱坝坝身单元由1层单元增为2层单元。分析方法采用了增量荷载法。在计算过程中,应力分析考虑了地基的非线性影响。

复核分析的渗流计算作了初始渗流场和蓄水后的渗流场分析,应力计算作了初始应力场、坝建成后的应力场、蓄水后的应力场分析。复核分析与法国Coyne et Bellier公司分析的最大差别就是F2断层的相对位错。我们的计算结果最大相对位错为2.3mm,而法国人的计算结果是15 mm。由于位错减小,F2断层的处理工程量可大幅度减小,此外坝体的应力分析结果也更接近实际。

本项研究的关键技术如下:

1.增量荷载法,对于拱坝,增量荷载法应采取如下计算步骤:

1)计算初始渗流场h0及相应的渗流荷载f0

2)计算初始应力场:按初始应力实测资料,由岩石自重、构造力及初始渗流荷载对山体初始应力场sR(0)进行回归分析。

3)坝基开挖:坝基开挖前要修筑围堰,进行基坑排水,山体渗流场由ho变为h1,相应的渗流荷载为f1,计算由增量渗流荷载Δf1=f1-f0因开挖应力释放产生的山体应力场增量ΔsR(1),则坝基开挖后山体应力场为

4)坝体竣工:坝体浇筑应考虑坝体温度荷载的影响,按浇筑过程再分为若干计算步进行增量应力分析。在初设阶段,也可暂不考虑坝体的温度荷载,按坝体整个浇筑完成,横缝灌浆前作为一个计算步。在坝体施工的同时,山体中的排水隧道也在施工。计算在山体排水隧道完成后的渗流场h2及渗流荷载f2,计算渗流荷载增量Δf2=f2-f1及坝体自重作用下大坝与地基的应力增量分别为ΔsD(2)ΔsR(2),则坝体竣工后大坝与地基应力场分别为

5)大坝蓄水:大坝横缝及帷幕灌浆完成并蓄水,大坝近似按不透水介质考虑,计算蓄水后山体因绕坝渗流所形成的渗流场h3及渗流荷载f3,计算渗流荷载增量Δf3=f3-f2,坝上下游面水压力及大坝建基面扬压力作用下大坝与地基应力增量分别为ΔsD(3)ΔsR(3),则蓄水后大坝及地基应力分别为

在上述计算过程中,应力分析应考虑地基的非线性影响,即使进行弹性分析,也必须采用上述增量荷载法。如果将各种荷载,如自重、水压力、渗流荷载、温度荷载等都同时作用于大坝,而不从研究地基初始应力场和初始渗流场开始,按工程面貌变化过程作增量荷载分析,则会得出错误的结果。

2.应力场与渗流场的耦合问题。一般来说,对拱坝设计,应当考虑应力场与渗流场之间的相互影响,若不考虑应力场与渗流场的耦合问题,将使计算结果偏于不安全。在龙滩水电站拱坝方案的分析中,未能考虑应力场与渗流场的相互影响的耦合问题,但随着研究工作的深入,在国家“八五”科技攻关项目中,对拉西瓦拱坝和小湾拱坝的分析中都考虑了应力场与渗流场的耦合问题。

3.连续降雨对工程的影响。初始渗流场是降雨间歇时段的平均值,若遇长历时较大降雨,地下水位将暂态性上升,对两岸边坡及坝肩稳定是一个必须考虑的重要工况。在降雨过程中,山体渗流场变化是与时间相关的问题,必须用裂隙网络水力学进行分析。

本项研究成果成功应用于龙滩水电站重力拱坝与地基联合作用分析、漫湾水电站重力坝与地基联合作用分析、拉西瓦水电站拱坝与地基联合作用及坝肩稳定分析,以及小湾水电站重力拱坝与地基联合作用分析。

参加本项研究的有张有天、王镭、陈平等同志。

“龙滩、漫湾水电站混凝土坝与地基联合作用仿真分析”研究成果获1991年度能源部电力科学技术进步二等奖,又获1993年度国家科学技术进步三等奖。

混凝土断裂特性研究及应用

于骁中  张武功

混凝土坝是我国大中型水利枢纽和水电站的主要挡水建筑物。从大量调查得知,混凝土坝的主要病害有裂缝、滲漏、冻融破坏、冲刷、磨损和空蚀,以及环境水侵蚀等,其中最主要的病害是裂缝。

对混凝土坝裂缝危害性的评估和加固措施的研究是很重要的课题,特别当出现重大裂缝时,需要深入进行分析研究。所幸,自上世纪六、七十年代以来,由于电子计算机与有限单元法的不断发展,使我们可以进行越来越大规模的计算。在此期间,力学研究的新分支断裂力学也得以发展,并且被引入混凝土结构中,产生了混凝土断裂力学。这两方面的结合,就可以更有效地研究混凝土坝的裂缝问题。上世纪七十年代,我所就开始了混凝土断裂力学和有限单元法的研究工作。先后参加本专题研究的有于骁中、居襄、曹建国、王秀军、张彥秋、郭桂兰、周家聪、张武功等同志。

我所混凝土断裂力学研究始于1974年, 起因是探讨用线弹性断裂力学研究密云水库溢洪道闸墩裂縫的可能性。1977年后结合柘溪大头坝劈头裂缝的研究,使混凝土断裂力学的研究取得了较大的进展。

本专题主要研究混凝土坝与闸墩等大体积混凝土的裂缝问题。混凝土断裂参数是表征混凝土断裂特性的,也是混凝土断裂力学应用于工程实践的关键。最主要的参数是断裂韧度KIC和断裂能GF。对混凝土断裂特性进行了以下研究:

1)进行了大量混凝土断裂韧度KIC的试验研究和理论分析, 以便阐明裂缝端微裂缝区,亚临界扩展长度,混凝土的抗拉强度、骨料粒径及试件尺寸等因素对KIC的影响,提出了确定KIC的公式和线弹性断裂力学的应用条件。

2)由于混凝土坝中的裂缝多数是复合型裂缝,因此进行了混凝土复合型裂缝的断裂准则的理论和试验研究,提出了包括准则和裂缝转角的工程断裂判据,其中一些判据已用于混凝土坝裂缝稳定分析。

3)进行了大量混凝土断裂能GF的试验研究,主要采用三点弯曲梁和紧凑拉伸试件,研究了GF与抗拉强度的关系,骨料粒径与试件尺寸对GF的影响,取得了一批试验成果,同时也开展了非线性断裂力学的研究。

对混凝土坝的严重裂缝首先应分析其产生的原因,其次应研究其现在及发展后对混凝土坝的危害性,最终的目的是决定是否要加固及加固的原则。因此裂缝危害性评估包括以下四项内容:

1)裂缝原因分析,视坝体为连续介质,常采用材料力学和弹性力学方法。

2)采用断裂力学分析裂缝的稳定性,求出在不利荷载组合下裂缝的发展过程和裂缝的形状及长度。

3)采用材料力学和弹性力学方法分析在各种可能缝长下坝体的应力和稳定性,判断裂缝对坝体的结构安全度的影响,给出现有的安全度。

4)根据现场观测裂缝对大坝运行与大坝耐久性的影响,综合评估裂缝对坝的危害,并提出是否要加固及加固原则的建议。

   由上可见,确定各种荷载下裂缝的长度是关键,对此断裂力学是比较有效的方法。

 用线弹性断裂力学分析了密云水库第一溢洪道闸墩裂缝、柘溪单支墩大头坝上游面裂缝、湖南镇梯形坝坝踵裂缝、峡山水库溢洪道闸墩裂缝、侵窝水库混凝土溢流坝闸墩裂缝,以及陈村重力拱坝105米高程裂缝影响与稳定性等问题。

由于骁中主编出版了《岩石与混凝土断裂力学》一书,“混凝土断裂力学研究及其在水工结构中的应用”一文获1988年度水电部论文二等奖,“混凝土断裂力学在柘溪大头坝裂缝研究和加固中的应用”研究成果获1991年度国家科技进步三等奖。

水工混凝土耐久性的研究及应用

曹建国

在上世纪八十年代,我所成立水工混凝土耐久性专题组,至今已近三十年,一直由李金玉同志任专题组,在该专题组工作过的有曹建国、范沈抚、杜小春、徐文雨、邓正刚、关遇时、林莉、田军涛、李芳、韩本正、王爱勤等同志。这三十年来,混凝土耐久性专题组进行了大量研究工作,取得了硕的科研成果,主要研究成果如下:

1)通过调查提出全国水工混凝土建筑物耐久性和老化病害处理调查报告

原水电部于1985年组织中国水科院、南京水科院与长江水科院等9个单位对全国32座混凝土坝和40余座钢筋混凝土水闸等水工混凝土建筑物耐久性和老化病害的调查,由中国水科院执笔编写了全国水工混凝土建筑物耐久性和老化病害处理调查报告,该报告对推动水工混凝土耐久性研究起到了重大作用

2)混凝土抗冻性研究方面成果有

通过混凝土在冻融过程中宏观特性和微观结构的测试,得出了混凝土冻融破坏机理;

硬化混凝土气泡性质(平均直径、比表面积、气泡间距系数)对混凝土抗冻性有较大影响,抗冻混凝土的气泡间距系数一般不宜超过400mm

C60高强混凝土抗冻性不能满足F300要求,但C80C100等级高强混凝土具有超常抗冻性,其抗冻等级大于F1200。高强混凝土冻融破坏机理是冻融过程中正负温度交替变化而产生疲劳应力所致。

④初步提出适合于我国国情,以混凝土结构安全使用寿命为目标的混凝土抗冻性定量化设计方法及相关技术条件。

3)压力水作用下混凝土渗漏溶蚀是混凝土中水化产物Ca(OH)2随渗漏而不断流失,引起其他水化产物不断分解,并逐步失去胶凝性的一种侵蚀现象。在压力水作用下,混凝土中Ca(OH)2的溶蚀速度初期逐步增大、中期基本稳定、而后期又逐渐呈下降趋势。当Ca(OH)2溶出(以CaO计)达25%时,混凝土抗压强度下降36%左右、抗拉强度下降66%左右。

4)高浓度及应力作用下混凝土硫酸盐侵蚀试验结果表明,在浓度高达80000mg/L情况下,无论混凝土处于浸泡条件或干湿循环条件,应力的作用均会加速混凝土的硫酸盐侵蚀破坏。应力等级越高,其腐蚀速度越快。在40%应力(抗压强度)等级时,经3个月浸泡或20个干湿循环,混凝土试件即发生断裂破坏;在浓度10000~30000mg/L浸泡情况下,当应力等级大于40%时,会明显地加速混凝土 硫酸盐侵蚀破坏,而干湿循环条件下,应力等级达50%时,混凝土抗侵蚀系数与无应力的相比无明显下降。

5)为提高混凝土耐久性而研发的新材料新工艺

①高抗冻(F300)粉煤灰混凝土与超抗冻(F600)混凝土

②铁矿石骨料超高强抗冲磨混凝土

③高强低弹复合混凝土(防渗墙)墙体材料

④低强低弹塑性混凝土(防渗墙)墙体材料

⑤低热高抗裂新型大坝混凝土

⑥混凝土防碳化涂料

⑦复合保温保湿防护材料

⑧抗硫酸盐侵蚀防腐材料

⑨柔性抗冲磨涂层材料

⑩混凝土表面保温抗裂喷涂技术

11柔性全封闭抗冲磨喷涂技术

以上研发的新材料、新工艺应用情况如下:

1)高抗冻粉煤灰混凝土成功应用于三峡大坝工程;

2)低强(28d强度大于5.0MPa)、低弹(500~700MPa)塑性混凝土用于三峡二期土石围堰混凝土防渗墙工程;

3)高强(28d强度大于50MPa)、低弹(21.5GPa)复合混凝土用于四川冶勒100m深混凝土防渗墙工程;

4)复合保温保湿喷涂技术应用于江西下会坑水电站大坝表面保温工程;

5)抗硫酸盐侵蚀防腐涂料应用江苏省滨海县混凝土海堤应急防护工程;

6)柔性全封闭抗冲磨喷涂技术成功应用于贵州东风大坝中孔抗冲磨处理;

7)防碳化涂料用于珠窝与落坡岭溢流坝段上部启闭机大梁、门机大梁及支柱等防碳化处理。

混凝土耐久性专题组李金玉与曹建国两同志将近30年研究成果总编写出版了专著《水工混凝土耐久性的研究与应用》。

混凝土防渗墙墙体料及接头型式研究研究成果获1997年度电力工业部科技进步二等奖混凝土耐久性关键技术研究及工程应用研究成果获2004年度国家科技进步二等奖。





1989年混凝土耐久性专题组人员在老结构楼前合影






1996年混凝土耐久性专题组成员与吴中伟院士合影


边界元方法及其在工程中的应用

陈平

本项目是国家“六五”科技攻关专题项目“水电站大型地下洞室围岩稳定及支护的研究与实践”中的一个子题。专题项目由昆明勘测设计研究院负责,主要结合鲁布革水电站工程进行研究。

鲁布革水电站工程是我国“六五”至“七五”期间水电建设的重点工程。鲁布革水电站是珠江上源南盘江左岸支流黄泥河最下游的一个梯级电站,电站装机容量600MW,开发方式为混合式,具有高坝、长引水道、高水头、全地下式厂区建筑物等特点。鲁布革水电站是中国水电建设中第一个部分引用外资,对外开放的工程。电站引水系统工程(压力隧洞、调压井、高压钢管道)通过国际招标,由日本大成公司中标承建。电站引水系统工程于19841124日开工,1988816日完工,比合同提前123天。电站的主要机电设备及施工机械大多从国外引进,基本上反映了八十年代国际水电建设的先进水平。整个电站的设计与施工得到了世界银行聘请的特别咨询团(SBC)、澳大利亚雪山公司(SMEC)、挪威咨询团(AGN)的技术咨询。在设计上许多项目采用了新布置、新结构、新材料、新工艺、新设备,有的项目突破了当时现行规范的规定,许多项目的设计达到国内领先水平,并接近或达到了国际同期水平。

边界元方法是上世纪七十年代迅速发展起来的一种数值方法,它的出现来源于有限元方法的局限性。

众所周知,土坝渗流、混凝土坝渗流、各种闸坝的绕坝渗流、边坡渗流、地下水运动、地下洞室渗流都具有渗流自由面。由于自由面的位置是待求的,因而这类渗流分析是非线性问题。对这类有自由面的渗流问题,传统的有限元分析方法是将自由面作为可变边界处理,在迭代过程中修改自由面位置,使网格发生相应变形,直到自由面位置稳定为止。这一方法虽然被成功地应用于渗流问题的分析,但在应用中也遇到了许多难以解决的问题,特别是当初始自由面假定位置与最终自由面的位置相差较大时,将使网格因过分变形而致畸变,影响解题精度,以致在计算过程中常要对网格进行重新剖分。

有限元方法只能模拟有限介质,而在工程中却经常遇到无限介质问题(半无限及全无限平面或空间体),有限元为了能够进行计算,只好截取一定的计算范围,并加上相应的边界条件,这样不仅降低计算精度,而且有时甚至歪曲计算结果。

张有天同志在研究的实践中认识到,边界元方法为上述问题的解决开辟了一条新路。边界元方法与有限元方法相比有两个特点,一是仅对边界进行离散;二是采用无限介质中点荷载或点源的理论解为基本公式。由于仅对边界进行离散,单元维数减少了一个,不仅简化了单元划分中数据处理工作量,而且结点数目显著减少,节约计算时间;由于基本公式是针对无限介质的,可以直接处理无限介质而无须人为划定计算边界,以及边界元方法不涉及求解域内部,因而自由面的迭代计算要便利的多,收敛也快。但边界元方法也有缺点,它不适合用来求解较复杂的非均质域问题。

张有天同志带领他的课题组的同志们,努力学习,刻苦工作,成功地运用边界元方法解决了半无限域的渗流问题与岩石力学中地下洞室围岩应力分析问题。结合鲁布革水电站工程,进行了地下厂房地应力趋势分析及地下厂房开挖三维应力分析。

本项目研究关键技术是间接法及其修正、地下洞室开挖的数值模拟、初始地应力场的分析、夹层非线性分析、有排水孔的渗流分析、角点处理与锚杆模拟等。

边界元研究实践表明,对于内域问题,当部分边界给定位移条件时,用间接边界元法常难得出满意的结果,尤其是对非均质问题和有弯曲作用的复杂应力问题。间接边界元法常采用精度较低的常单元,一般来说,计算离散误差总是随着剖分加密而减小,最终收敛于精确解。但是对于间接边界元法,即使剖分很细,仍有显著误差。虽然有人对此问题进行了研究,并作了一些修正,但均未彻底解决问题。张有天同志通过研究发现,对于有位移边界条件等的内域问题,仅当其刚体位移(包括刚体平移和刚体转动)为零时,用间接边界元法才能求得正确解。从理论上彻底地解决了这个问题。

本项目研究成果成功应用于鲁布革水电站地下厂房三维边界元分析与鲁布革水电站地下厂房区地应力场趋势分析。

参加本项研究的有张有天、王镭、陈平等同志。

张有天同志及其同事在边界元研究工作中作了许多开创性的工作,发表了数十篇文章,编写出版了《边界元方法及其在工程中的应用》一书,详细地介绍了边界元方法及有关程序,为推广边界元方法及其应用作出了贡献。

“水电站大型地下洞室围岩稳定及支护的研究与实践”研究成果获1987年度国家科学技术进步二等奖。


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