张泷
- 作品数：10 被引量：52H指数：5
- 供职机构：清华大学土木水利学院水沙科学与水利水电工程国家重点实验室更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家杰出青年科学基金教育部“新世纪优秀人才支持计划”更多>>
- 相关领域：水利工程建筑科学理学更多>>
- 基于内变量热力学的黏弹性本构方程及其基本性质研究被引量：1
- 2015年
- 黏弹性变形在沥青混凝土、聚合物等材料中广泛存在,也是岩石材料时效变形的重要组成部分.基于Rice不可逆内变量热力学框架,讨论材料黏弹性变形行为.引入一组内变量表征材料系统内部结构的变化,通过给定余能密度函数和内变量演化方程推导出黏弹性本构方程.方程能包含经典黏弹性模型的本构方程,而且可描述材料的非线性黏弹性变形.对本构方程所基于的基本热力学方程性质进行讨论,表明在约束构型空间中热力学力和内变量之间要满足一定的共轭关系,所建构的本构方程才能刻画材料的黏弹性变形行为;证明了在约束构型空间中流动势函数随时间单调递减;同时指出在统计力学层面流动势函数与表征材料状态的概率密度函数有关.
- 张泷刘耀儒薛利军杨强
- 关键词：黏弹性本构方程
- 白鹤滩拱坝基础垫座方案优化研究被引量：7
- 2014年
- 白鹤滩高拱坝地基地质条件复杂,需要设计大范围的垫座以改善受力条件。目前关于拱坝地基和坝肩处理措施的研究大多依赖工程经验,尚没有完整、可靠的垫座评价准则。提出拱坝垫座设计的综合优化方法,通过分析垫座对坝体的影响及垫座自身的稳定性,找到最优的设计方案。该方法综合坝体位移、应力、屈服区、抗滑安全度等因素,采用不平衡力分析坝踵开裂,采用塑性余能范数(PCE)评价垫座整体稳定。不平衡力是结构局部失稳后的度量,能够有效地预测裂纹扩展部位和方向。余能范数是不平衡力的标量范数,可用于判断结构的整体稳定性。对比4种垫座设计方案,通过对坝体位移、坝踵开裂、垫座整体稳定和抗滑安全度的分析,确定将垫座视为坝体、垫座上游侧设缝为白鹤滩拱坝垫座的最优设计方案。
- 潘元炜刘耀儒张泷杨强徐建荣何明杰刘西军
- 关键词：基础工程高拱坝垫座优化设计坝踵开裂
- 考虑损伤的内变量黏弹--黏塑性本构方程被引量：5
- 2014年
- 基于Rice不可逆内变量热力学框架,在约束构型空间中讨论材料的蠕变损伤问题.通过给定具体的余能密度函数和内变量演化方程推导出考虑损伤的内变量黏弹--黏塑性本构方程.通过模型相似材料单轴蠕变加卸载试验对一维情况下的本构方程进行参数辨识和模型验证,本构方程能很好地描述黏弹性变形和各蠕变阶段.不同的蠕变阶段具有不同的能量耗散特点.受应力扰动后,不考虑损伤的材料系统能自发趋于热力学平衡态或稳定态.在考虑损伤的整个蠕变过程中,材料系统先趋于平衡态再背离平衡态发展.能量耗散率可作为材料系统热力学状态偏离平衡态的测度;能量耗散率的时间导数可用于表征系统的演化趋势;两者的域内积分值可作为结构长期稳定性的评价指标.
- 张泷刘耀儒杨强薛利军
- 关键词：蠕变损伤本构方程
- 岩体结构非平衡演化的有效应力原理及长期稳定性分析被引量：2
- 2015年
- 开挖卸荷后的天然岩体往往处于非平衡演化状态,将直接影响岩体工程结构的正常运行、长期稳定和安全.时效变形和损伤演化是岩体结构非平衡演化的核心.在赖斯(Rice)内变量热力学理论框架下,提出了岩体结构非平衡演化的有效应力原理,指出有效应力是总应力中能有效驱动结构演化的部分.将内变量率形式的非弹性应变率方程和能量耗散率函数表示为有效应力形式,并提出非弹性余能概念.给定具体的余能密度函数和内变量演化方程,得到了考虑损伤的内变量黏塑性应变率方程.通过相似材料加卸载蠕变试验结果进行参数辨识,并分别计算了内变量率形式和有效应力形式的黏塑性应变率、能量耗散率和非弹性余能,并对其进行比较分析.结果表明:在过渡蠕变和稳态蠕变阶段两种形式的方程计算的黏塑性应变率几乎相等,但在加速蠕变阶段两者相差较大;非弹性余能和能量耗散率全域积分分别从驱动结构非平衡演化的内在潜力和实际效果的角度表征了结构的非平衡演化状态和演化趋势,能量耗散率积分更合适用于评价岩体工程结构的长期稳定性.最后以深埋地下洞室作为工程算例,并对其长期稳定性进行分析.
- 张泷刘耀儒杨强
- 关键词：有效应力
- 基于地质力学模型试验的大岗山拱坝整体稳定性分析被引量：11
- 2014年
- 地质力学模型试验是研究拱坝整体稳定性的有效方法,采用250∶1的模型比例尺对有基础处理的大岗山拱坝进行三维地质力学模型试验。通过小块体砌筑技术模拟裂隙岩体的变形和强度、坝基不连续结构面以及坝基处理措施;通过油压千斤顶加载系统施加坝面水荷载;采用的数据采集系统能及时、高效地测量坝面应变、坝基岩体外部位移和内部相对位移,并自动存储数据。采用超载水容重法进行超载破坏试验,得到拱坝坝体位移和应力的分布规律以及坝体和坝基岩体的开裂破坏过程。采用3个特征超载安全系数K1,K2和K3对大岗山拱坝整体稳定性进行评价。通过地质力学模型试验和基于变形加固理论的三维数值模拟对比分析表明,大岗山拱坝整体稳定性较高,并得到对拱坝–坝基整体稳定起控制性作用的部位。
- 张泷刘耀儒杨强黄彦昆邵敬东黎满林
- 关键词：拱坝地质力学模型试验
- 基于内变量热力学的岩石蠕变与应力松弛研究被引量：7
- 2015年
- 蠕变和应力松弛是岩石材料固有的时效特性,与岩石工程的长期稳定性密切相关。基于Rice不可逆内变量热力学理论对岩石蠕变和松弛本质上的一致性问题进行研究。给定余能密度函数和内变量演化方程建立基本热力学方程,通过不同约束条件构建黏弹–黏塑性蠕变和应力松弛本构方程。黏弹性本构方程具有普遍性,能包含经典元件组合模型的黏弹性本构方程;黏塑性本构方程考虑材料变形过程中的硬化效应,更加符合实际情况。蠕变和松弛是岩石材料在不同约束下的外在表现,但两者具有相同的非平衡演化规律,本质上具有一致性。蠕变与应力松弛本构方程基于相同的基本热力学方程,可以相互转化,且方程参数相同,因此可以通过蠕变方程和蠕变试验结果对材料的松弛特性进行分析。最后通过模型相似材料单轴蠕变加卸载试验和应力松弛试验对这一思想进行验证。
- 张泷刘耀儒杨强
- 关键词：岩石力学蠕变应力松弛本构方程
- 杨房沟拱坝整体稳定性的三维非线性有限元分析与地质力学模型试验研究
- 保证拱坝的整体稳定是拱坝设计和建设的重要问题.拱坝整体稳定性问题是一个涉及非均匀性、多裂隙介质、不可逆内部损伤演化的三维非线性问题.非线性有限元和地质力学模型试验是研究这类问题的最主要方法.通过三维非线性有限元(TFIN...
- 张泷刘耀儒杨强李波
- 关键词：拱坝地质力学三维模型非线性有限元分析
- 文献传递
- 基于不可逆内变量热力学的岩石材料粘弹-粘塑性本构方程被引量：7
- 2015年
- 岩石材料的粘弹性和粘塑性变形是与时间相关的能量耗散行为。在Rice不可逆内变量热力学框架下,引入两组内变量分别用来描述在粘弹性和粘塑性变形过程中材料的内部结构调整。通过给定比余能的具体形式和内变量的演化方程,推导出内变量粘弹-粘塑性本构方程。粘弹性本构方程具有普遍性,能涵盖Kelvin-Voigt和Poynting-Thomson在内的经典粘弹性模型的本构方程。并指出热力学力与应力呈线性关系是组合元件模型为线性模型的根本原因。粘塑性本构方程能较好地刻画岩石材料在粘塑性变形过程中的硬化现象。对模拟岩石的模型相似材料进行单轴加卸载蠕变试验,将蠕变过程中的粘弹性和粘塑性变形分离并根据试验数据对本构方程的材料参数进行辨识。试验数据和理论曲线对比结果表明该文提出的本构方程能很好地模拟材料的蠕变行为。该类型的本构方程能为岩石工程的长期稳定性的预测、评价以及加固分析提供基础。
- 张泷刘耀儒杨强吕庆超
- 关键词：本构方程蠕变试验
- 基于块体砌筑技术的大岗山高拱坝地质力学模型试验研究被引量：2
- 2014年
- 地质力学模型试验因能真实地模拟复杂地质构造,直观地反映破坏过程而成为研究地基及其上部结构稳定性和安全性的重要方法,广泛应用于高拱坝整体稳定和加固分析。采用块体砌筑技术不仅可以模拟裂隙岩体的变形和强度,而且能模拟坝基不连续结构面、坝体构造以及加固措施。将块体砌筑技术应用于基础处理的大岗山拱坝地质力学模型试验,结合加载和测量监测设备,得到拱坝坝体位移和应力的分布规律、坝体和坝基岩体的破坏机理及破坏过程。采用3个特征超载安全系数K1(起裂安全系数),K2(非线性变形安全系数)和K3(破坏安全系数)对大岗山拱坝整体稳定性进行了评价。通过与国内主要高拱坝模型试验的稳定性结果对比分析,说明大岗山拱坝整体稳定性和安全性均较高。通过与基础未处理的大岗山拱坝模型试验结果对比分析,说明基础处理措施具有明显的加固效果。
- 张泷刘耀儒杨强杨若琼
- 关键词：地质力学模型试验拱坝
- 杨房沟拱坝整体稳定性的三维非线性有限元分析与地质力学模型试验研究被引量：15
- 2013年
- 保证拱坝的整体稳定是拱坝设计和建设的重要问题。拱坝整体稳定性问题是一个涉及非均匀性、多裂隙介质、不可逆内部损伤演化的三维非线性问题。非线性有限元和地质力学模型试验是研究这类问题的最主要方法。通过三维非线性有限元(TFINE程序)对杨房沟拱坝-地基进行三维数值模拟,并采用200∶1的模型比例尺对杨房沟拱坝-地基进行三维地质力学模型试验。分别根据数值模拟和模型试验的结果对拱坝的位移和应力分布规律,破坏机理和整体稳定性进行分析。两者结果吻合较好。通过综合数值模拟和模型试验的分析结果对拱坝的整体稳定性做出评价,给出坝肩岩体相对薄弱的部位,并对拱坝设计和地基处理提出建议。
- 张泷刘耀儒杨强李波
- 关键词：拱坝有限元地质力学模型试验稳定性分析
