混凝土大壩各向異性脆性動力損傷問題的三維有限元程序與分析.pdf

1、目前，混凝土大壩的抗震、防爆安全評價多以傳統(tǒng)的力學(xué)理論為基礎(chǔ)，由于未考慮材料中微裂紋的產(chǎn)生、發(fā)展所造成的“材料動態(tài)劣化”對材料動力學(xué)性能的影響，而且應(yīng)力分析以線彈性理論為基礎(chǔ)，較少考慮壩體斷裂損傷等非線性反應(yīng)，因此無法對大壩在地震以及爆炸沖擊載荷作用下的破壞狀態(tài)進(jìn)行正確評價。本文在編號為50379046的國家自然科學(xué)基金項目的資助下，較系統(tǒng)地研究了三維各向異性脆性損傷動力學(xué)理論在混凝土大壩工程結(jié)構(gòu)動力分析中的應(yīng)用。開發(fā)了通用的三維各向異

2、性脆性動力損傷有限元分析程序。并應(yīng)用該程序分別對混凝土重力壩和拱壩及其巖基系統(tǒng)在爆炸沖擊載荷作用下和地震載荷作用下的三維向異性脆性動力損傷過程進(jìn)行了有限元分析和數(shù)值模擬。主要工作如下：1.推導(dǎo)了巖石類介質(zhì)的三維各向異性脆性損傷本構(gòu)模型、各向異性損傷演化方程以及巖石類結(jié)構(gòu)的三維動力損傷有限元方程。根據(jù)虛功原理，推導(dǎo)出了三維各向異性脆性動力損傷問題的弱解積分形式。并以此為理論基礎(chǔ)，基于FEPG系統(tǒng)研制開發(fā)出了獨立通用的三維各向異性脆性動力損

3、傷有限元分析程序(3DADDFEP)。 2.利用3DADDFEP程序，對爆炸沖擊載荷作用下的混凝土拱壩及其巖基、混凝土重力壩及其巖基和地震作用下的混凝土拱壩及其巖基進(jìn)行了三維有限元動力分析和三維脆性動力損傷過程的數(shù)值模擬，得出以下結(jié)論： (1)爆炸沖擊載荷作用附近以及其對應(yīng)壩體背面的相應(yīng)位置，最易發(fā)生損傷破壞。爆炸載荷的峰值和持續(xù)時間對損傷的發(fā)展和擴(kuò)散有重要的影響。當(dāng)沖擊載荷產(chǎn)生的動應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于材料的損傷發(fā)展門檻值時，材

4、料的損傷將會急劇增加，這對結(jié)構(gòu)的安全是極為不利的。由于爆炸載荷的作用時間比較短，損傷分布的局部化比較明顯。 (2)強(qiáng)地震作用下，在拱壩上部，特別是在壩體和壩肩的結(jié)合部位，最易發(fā)生損傷破壞；在大壩和巖基的結(jié)合部位，損傷發(fā)展也比較明顯。在不考慮壩體和巖基各部分地震加速度相位差的情況下，壩體和巖基變形的規(guī)律基本同地震加速度一致，但由于壩體和巖基中損傷的發(fā)展，會有一些滯后。 (3)受載荷、邊界條件、材料性質(zhì)的影響，混凝土大壩在動