基于非线性有限元的高拱坝整体稳定分析

摘要

随着国民经济的飞速发展和西部大开发战略的实施，我国的西南和西北正在修建和即将修建一批300级的特高拱坝，如小湾、溪洛渡、锦屏一级、白鹤滩等。这些工程坝高库大，环境条件复杂，又处于高烈度地震区，因此，高拱坝的破坏模式研究与安全评估极其重要。本文基于非线性有限元法，探讨使用综合法研究高拱坝整体稳定安全度。论文主要工作如下： (1)介绍了水工结构工程有限元分析中非线性计算的基本理论与方法，以及在ABAQUS中的实现手段。对拱坝整体稳定性问题进行了研究，并分析了综合法确定整体安全度的有限元有效加载模式。 (2)对于一个含有软弱夹层的重力坝算例，进行了整体安全度分析。在初始折减系数分别取值为1.2、1.25、1.3、1.35、1.4的条件下，采用综合法分析各自状况对应下的整体安全系数，并比较基于不同安全判据下的安全系数的区别。提出以塑性应变能突变判据为主，其余判据为辅的建议。 (3)利用ABAQUS对锦屏一级高拱坝进行了非线性有限元分析，利用综合法分析了该拱坝的整体稳定系数，得出该拱坝的整体安全系数为4.55～5.17。与已有实验结果进行比较，发现研究成果合理，可为以后类似工程设计提供一定的参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题的提出及研究背景

1.2拱坝整体安全度研究现状

1.2.1拱坝的失稳形式

1.2.2整体稳定性分析方法综述

1.3本文的主要工作

第二章非线性有限元法基本原理及软件应用

2.1有限元法基本原理

2.2非线性有限元法的基本原理

2.2.1非线性有限元的分类

2.2.2非线性有限元的基本方程

2.2.3非线性有限元方程的解法

2.3本构方程

2.3.1非线性弹性本构方程

2.3.2非线性弹塑性本构方程

2.4 ABAQUS软件介绍

2.4.1简介

2.4.2几何非线性

2.4.3材料非线性

2.4.4非线性迭代算法

2.4.5结果后处理

2.4.6初始地应力的施加

2.5算例分析

2.6小结

第三章拱坝整体安全度的研究方法及失稳判据

3.1加载手段

3.1.1超载法

3.1.2强度储备系数法

3.1.3综合法

3.2失稳判据

3.2.1收敛性判据

3.2.2突变性判据

3.3算例分析

3.3.1基于位移突变的安全度

3.3.2收敛性判据的结果

3.3.3屈服区结果

3.3.4基于能量突变的安全度

3.4小结

第四章工程实例分析

4.1工程概述与计算模型

4.1.1工程概述

4.1.2计算模型

4.1.3计算荷载、工况及加载手段

4.2结果分析

4.2.1自然条件计算结果

4.2.2综合法中降强部分结果

4.2.3综合法计算结果

4.3小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

硕士期间发表论文

参考文献

致谢