混凝土坝裂缝演变规律及转异诊断非线性理论与方法

国内外大量的混凝土坝都不同程度带缝服役，包括龙羊峡、陈村等高混凝土坝,目前采用较普遍的分析理论为断裂力学理论，而该理论中断裂参数存在明显的尺寸效应，难以反映裂缝扩展过程中的非线性。混凝土坝裂缝的实测数据中包含了裂缝扩展及失稳的大量非线性信息，而熵、混沌和分形等非线性理论在对数据进行分解、重构、提取与解释等方面具有较强的功能，可弥补断裂力学理论的不足。然而，目前非线性理论用于混凝土坝裂缝的研究存在着理论定位低、机械应用与理论研究相脱节、物理模型实验缺乏等突出问题。针对这一现状，本课题将利用实测数据，结合数值模拟和物理模型实验，融合断裂力学基本概念和非线性理论，研究裂缝发展演变过程的耗散结构特征，构建基于分形几何裂缝扩展演变分析方法，建立混凝土坝裂缝扩展演变的熵变理论与方法体系，并探索基于非线性理论的裂缝失稳转异诊断方法。拟在国内外重要期刊上发表论文8-10篇[SCI、EI收录4篇]。

许多混凝土坝存在影响其安全的裂缝,目前常采用断裂力学理论分析裂缝的扩展特性，而该理论中断裂参数存在明显的尺寸效应，难以反映裂缝扩展过程中的非线性。本项目通过理论和试验研究，结合具体工程进行数值模拟分析，研究了带缝混凝土坝系统的动态耗散结构特征，从熵变和能量转化等方面揭示了裂缝扩展演变过程中的耗散结构形成机理；根据裂缝表面分形性和裂缝扩展过程实际能量释放率的分形特征，建立了基于分形几何的裂缝扩展演变分析模型；探讨了裂缝发展演化过程中的熵变机理及信息熵的计算方法，提出了应力应变监测数据的熵值转化方法，结合具体实验及工程算例进行数值模拟，研究了带缝混凝土重力坝在加载过程中的熵变规律；在利用相空间重构技术重构裂缝时效变形相平面的基础上，提出了裂缝时效转异点的相平面识别法；应用信息论中的最大熵原理，根据各基本随机变量的数字特征值确定其概率密度函数，建立了基于最大熵原理的裂缝转异诊断判据。在国内外重要学术期刊和会议上发表论文近50篇，其中17篇SCI收录、30篇EI收录。