土石堤壩三維波場(chǎng)數(shù)值模擬及其特征研究.pdf

1、隨著國(guó)家對(duì)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重視與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，我國(guó)政府加快了對(duì)水利投資的部署，并重點(diǎn)對(duì)堤壩的病險(xiǎn)檢測(cè)與加固做出了規(guī)范性規(guī)劃，如何快速有效地對(duì)土石堤壩的隱患進(jìn)行檢測(cè)是除險(xiǎn)加固的前提。地震波檢測(cè)技術(shù)可以得到完整的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，信息豐富，安全度高，但在堤壩隱患診斷技術(shù)中還處于初步研究階段。鑒于此，論文依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51279219)“基于三維波電場(chǎng)耦合全息成像的堤壩隱患診斷技術(shù)研究”，采用理論分析、數(shù)值模擬、信號(hào)處理

2、、模型試驗(yàn)等多種手段相結(jié)合的研究方法，圍繞土石堤壩壩體內(nèi)部存在的隱患體對(duì)土石堤壩三維波場(chǎng)特征的影響規(guī)律進(jìn)行了研究，同時(shí)基于研究成果提出了初步判斷隱患存在與位置的方法。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:
　　1、在分析土石堤壩基本特征及隱患類(lèi)型的基礎(chǔ)上，將土石堤壩等效為均勻各向同性的彈性體，提出了土石堤壩概化模型，含滲漏通道的土石堤壩概化模型;
　　2、基于彈性波基本原理，建立了土石堤壩波場(chǎng)特征分析的三維有限元模型。對(duì)影響波場(chǎng)特征分析的

3、震源、網(wǎng)格劃分及吸收邊界條件進(jìn)行了研究，獲得了適合波動(dòng)分析的激發(fā)方式和改進(jìn)后的粘彈性邊界條件最佳調(diào)節(jié)系數(shù);
　　3、通過(guò)有無(wú)隱患土石堤壩波場(chǎng)的三維數(shù)值模擬，得到了有無(wú)隱患體存在時(shí)土石堤壩的波場(chǎng)特征。結(jié)果表明，無(wú)隱患體時(shí)，壩體表面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)中無(wú)明顯散射波;存在隱患體時(shí)，直達(dá)波遇到隱患體會(huì)產(chǎn)生散射波，散射波由隱患位置向周?chē)鷤鞑?，到達(dá)壩體表面，壩體表面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)表現(xiàn)出在直達(dá)波過(guò)后有強(qiáng)烈的散射波存在。通過(guò)分析有無(wú)隱患存在時(shí)的波場(chǎng)變化特

4、征，提出了根據(jù)波場(chǎng)特征變化來(lái)分辨壩體內(nèi)部是否存在隱患體的方法;
　　4、基于含隱患土石堤壩波場(chǎng)分析的三維有限元模型，研究了隱患體尺寸、材料及位置的變化對(duì)土石堤壩波場(chǎng)特征的影響，采用時(shí)頻分析方法對(duì)波場(chǎng)特征進(jìn)行了分析，得到了對(duì)應(yīng)的波場(chǎng)變化規(guī)律。結(jié)果表明，波場(chǎng)特征與隱患體的屬性具有密切相關(guān)性，并據(jù)此提出了根據(jù)波場(chǎng)信息初步確定隱患體位置的方法;
　　5、通過(guò)理論與實(shí)踐相結(jié)合，建立了土石堤壩物理模型，對(duì)無(wú)隱患土石堤壩物理模型和存在隱患