波浪作用下斜坡上護面塊體應力分布數(shù)值模擬.pdf

1、斜坡式防波堤是近海沿岸工程中常用的防浪結(jié)構(gòu)物，其護面層既要起到消浪的效果，又要保持自身的穩(wěn)定。然而在極端海況下，護面層易發(fā)生水力失穩(wěn)和由于塊體斷裂破壞而引起的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。目前關(guān)于斜坡堤穩(wěn)定性的研究工作多基于物模試驗，由于比尺效應影響，物模試驗結(jié)果往往不能正確反映原型結(jié)構(gòu)的強度。因此以原型尺度開展波浪作用下斜坡式防波堤護面塊體強度破壞的數(shù)值模擬研究工作具有十分重要的學術(shù)意義和工程應用價值。
　　本文基于FEM/DEM方法建立二維原型尺

2、度數(shù)值模型，模擬波浪荷載作用下斜坡上護面塊體內(nèi)部的應力分布和斷裂破壞過程。其中結(jié)構(gòu)物的水動力荷載采用微幅波理論模擬，塊體的運動和變形采用FEM/DEM方法模擬。采用基于勢函數(shù)的罰函數(shù)法計算分布式接觸力，混凝土塊體開裂采用Single/Smeared破壞模型模擬，并采用中心差分法的顯式積分算法進行數(shù)值求解計算。模擬了塊體的自重應力分布和塊體碰撞破壞的兩種類型，驗證了數(shù)值模型應力和變形的計算精度。通過數(shù)值模擬給出了不同波浪荷載下斜坡上護面塊

3、體的運動特性、內(nèi)部應力分布、裂縫形成和斷裂破壞過程，并給出了不同點的應力歷時曲線，分析了不同波浪荷載作用下塊體內(nèi)部應力變化規(guī)律，討論了極端海況作用下塊體的運動變化趨勢和斷裂破壞特性。
　　在二維模型的基礎(chǔ)上，基于3DFEMDEM方法建立三維原型尺度數(shù)值模型，模擬波浪荷載作用下斜坡上護面塊體內(nèi)部的應力分布。有限元計算采用高精度的有限應變有限旋轉(zhuǎn)的二次四面體單元。比較分析了三維數(shù)值模型與ANSYS模型對自重作用下混凝土扭王字塊的內(nèi)部應

4、力分布，并模擬了塊體下落碰撞過程的動應力變化，驗證了三維數(shù)值模型的應力計算精度。應用所建立的數(shù)值模型對線性波作用下斜坡上規(guī)則擺放的護面塊體內(nèi)部的應力分布及其變化特性進行了模擬分析，給出了不同點的應力歷時曲線，并給出不同時刻的應力分布圖和塊體運動趨勢圖，深討了塊體內(nèi)部應力的變化特性。
　　數(shù)值模擬結(jié)果表明:波浪作用下，塊體之間相互碰撞，接觸點應力最大，其次為塊體肢體的連接部分，塊體表面各點應力成周期性變化。扭王字塊整體穩(wěn)定性較好，不