基于多邊形比例邊界有限元的重力壩地震斷裂問題研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文基于多邊形比例邊界有限元的重力壩地震斷裂問題研究StudiesonSeismicFractureProblemsinGravityDamsBasedonPolygonScaledBoundaryFiniteElements學(xué)號(hào)：呈!至Q魚2墨壘大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要混凝土重力壩具有結(jié)構(gòu)簡單和地質(zhì)條件適應(yīng)性好等特點(diǎn)，是世界水電建設(shè)中的主要壩型。由于壩體的

2、溫度變化、地基的不均勻變形等原因，大壩通常是帶裂縫工作的。當(dāng)遭受地震等極端荷載時(shí)，裂紋是否穩(wěn)定成為影響大壩安全的重要因素。本文基于多邊形比例邊界有限元法(PolygonSBFEM)提出了一種重力壩在地震荷載下開裂過程模擬的數(shù)值模型。具體內(nèi)容如下：(1)SBFEM有降維和半解析求解的特點(diǎn)，此方法在應(yīng)力強(qiáng)度因子求解問題上的適用性及優(yōu)越性，早有學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。但網(wǎng)格重剖分技術(shù)在裂紋擴(kuò)展問題研究中還存在一些問題。本文引入的多邊形單元可對(duì)不規(guī)

3、則結(jié)構(gòu)進(jìn)行較快且精確地網(wǎng)格剖分，大大降低了對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格重剖分難度。同時(shí)，本文引入的局部網(wǎng)格重剖分技術(shù)只對(duì)裂紋擴(kuò)展路徑上的局部區(qū)域進(jìn)行重剖分，大大降低了計(jì)算工作量。多邊形單元和局部重剖分策略可使裂縫擴(kuò)展過程的模擬非常靈活、便捷。(2)為驗(yàn)證此模型的有效性和高效性，本文模擬了Koyna大壩在超載水頭作用下的裂紋擴(kuò)展過程，并對(duì)網(wǎng)格密度、裂縫擴(kuò)展步長等因素作了敏感性分析。模擬所得裂縫擴(kuò)展路徑和荷載位移曲線與現(xiàn)有文獻(xiàn)結(jié)果一致。同時(shí)，本模型僅用

4、粗網(wǎng)格即獲得了滿意的精度，且計(jì)算結(jié)果對(duì)裂縫擴(kuò)展步長及網(wǎng)格密度不敏感。說明此模型適用于實(shí)際大壩工程的斷裂分析。(3)在動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展過程模擬中，不僅荷載隨時(shí)間變化，斷裂韌度也隨裂紋擴(kuò)展速度變化。以三點(diǎn)彎曲試件為例，模擬了其在受沖擊荷載作用下的動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展過程，并與其它方法進(jìn)行了比較。目前，混凝土材料的動(dòng)態(tài)斷裂韌度尚未有統(tǒng)一的變化規(guī)律。鑒于此，在對(duì)Koyna重力壩進(jìn)行地震斷裂過程模擬時(shí)，動(dòng)態(tài)斷裂韌度取為常數(shù)。文中給出了大壩的裂紋擴(kuò)展路徑、應(yīng)力