基于重整化群方法的水工混凝土结构整体安全全过程研究

水工混凝土结构安全性研究发展较快，但仍存在以下局限：①定性指标多，定量指标少；②构件层面多，整体层面少；③受监测仪器限制；④未涉及整体安全性从渐变降低到突变全过程。由此提出基于重整化群方法的水工混凝土结构整体安全全过程研究，针对水工混凝土结构老化、渗流、水平荷载大、工作环境特殊等特点，建立考虑多损伤、不等概率、损伤权值、不规则边界下的多尺度局部与整体关系，开辟混凝土从局部损伤到整体安全研究新思路，快速评价损伤结构整体安全性，有力推动中央一号文件部分目标的实现。.主要研究内容：①建立局部损伤概率模型；②制定符合水工混凝土结构特点的损伤权值确定原则与分布；③逐步建立不考虑损伤权值正方体模型、考虑权值正方体模型、符合不规则边界基于重整化群方法的水工混凝土结构整体安全评价模型；④揭示水工混凝土结构整体安全全过程规律，制定安全性从量变到质变原则，确定局部损伤概率临界值，提出垮塌预警方法。

水工混凝土结构安全性研究发展较快，但仍存在以下局限：定性指标多，定量指标少；构件层面多，整体层面少；受监测仪器限制；未涉及整体安全性从渐变降低到突变全过程。由此提出基于重整化群方法的水工混凝土结构整体安全全过程研究，针对水工混凝土结构老化、渗流、水平荷载大、工作环境特殊等特点，建立多损伤、不等概率、损伤劣化系数、不规则边界下的多尺度局部与整体关系，开辟混凝土从局部损伤到整体安全研究新思路，快速评价损伤结构整体安全性。. 主要研究内容：建立局部损伤概率模型；确定符合水工混凝土结构特点的局部损伤劣化系数；正方体不等概率单元整体破坏概率模型；三棱柱等概率单元整体破坏概率模型；三棱柱不等概率整体破坏概率模型；基于重整化群有限原胞级整体安全性分级评价；基于二维逾渗相变重整化群的混凝土重力坝断面破坏评价等。研究结果如下：. 单元试验局部损伤概率定义为破损体积总和与单元总体积比，数值仿真基础上建立的局部损伤概率服从Weibull分布。制定拱坝、重力坝、水闸局部损伤劣化系数的三等级分级原则。建立了正方体不等概率单元整体破坏概率模型，以大体积混凝土结构为例，当单元损伤概率0.7时，结构较为安全，否则整体安全性会迅速降低。以正方体单元岩石破碎模型为基础，建立三棱柱等概率单元整体破坏概率模型，得到概率临界值，迭代3次即可满足实际工程需要，若3次迭代后整体破坏概率仍较大，说明单元破坏概率接近临界值，该模型可定量评价混凝土重力坝整体安全性。建立了三棱柱不等概率整体破坏概率模型，该模型是一通式，以某混凝土重力坝为例，当单元损伤概率0.80时，结构较为安全，单元损伤概率一旦超过0.80，整体安全性会迅速降低，若外界环境发生恶化，结构极有可能发生垮塌。为解决重整化群理论的无标度性，提出基于三级原胞破坏概率值的实际结构整体安全性分级方法，依据三级原胞破坏概率关键点、不动点将结构整体安全状态划分为3个级别：Ⅰ状态，结构整体安全；Ⅱ状态，整体安全性较低，由安全向破坏过渡，处于亚健康状态；Ⅲ状态，结构整体破坏。推导了三角形断面逾渗相变重整化群模型，以某混凝土重力坝断面为例，当单元损伤概率小于0.40时，坝断面整体处于安全状态；当损伤概率在0.40~0.60时，整体安全性降低，结构由安全向整体破坏过渡；当损伤概率大于0.60时，整体安全性极低，极有可能发生整体贯穿破坏。