重力坝非线性有限元深层抗滑稳定分析中突变理论的应用研究

摘要

通常情况下，坝基并不是完整的岩体，往往存在复杂的节理、裂隙以及断层等地质结构，当这些结构面贯通形成滑动通道时，将会造成重大工程事故，给人民的生命财产以及国家建设造成重大损失。因此，对重力坝深层抗滑稳定性的研究具有重要意义。
　　近年来，我国许多学者针对重力坝深层抗滑稳定分析做了大量的研究。但重力坝坝基深层抗滑稳定是一个复杂的问题，至今仍未形成统一规范以及客观精准的理论评价方法，故需要进一步探讨与分析重力坝深层抗滑稳定问题。
　　本文将突变理论应用于重力坝深层抗滑稳定分析中，利用ANSYS软件，采用非线性有限元强度折减法进行研究。
　　本文的主要研究内容如下:
　　首先，利用ANSYS软件，通过非线性有限元计算得到坝趾夹层处上下两点的节点号以及水平方向相对位移值，然后基于尖点突变理论，确定坝址夹层处上下两点的水平方向相对位移X与强度折减系数k的尖点突变模型势函数，进而将该尖点突变模型势函数转化为尖点突变模型的标准势函数，根据尖点突变理论得到重力坝失稳判据的判别式，通过计算标准势函数的极值点和拐点共轭条件集来判别重力坝是否失稳。其次，在清峪水库重力坝深层抗滑稳定分析过程中，采用非线性有限元强度折减法，得到各典型点水平方向位移—强度折减系数关系曲线，当以典型点位移突变作为失稳判据时，不同典型点所得到的安全系数并不唯一。然后，在进行清峪水库重力坝非线性有限元深层抗滑稳定分析时，根据计算结果，采用重力坝深层抗滑稳定的相对位移尖点突变模型失稳判据，此时得到的安全系数和采用常用的塑性区贯通失稳判据进行判别所得的结果相同，最后，采用双斜面法和三斜面法分别计算，将采用相对位移尖点突变模型失稳判据所得的计算结果同双斜面法和三斜面法的计算结果进行比较，计算结果相对误差较小，证明了重力坝深层抗滑稳定的相对位移尖点突变模型失稳判据在工程中的正确性和适用性。
　　本文建立了坝趾夹层处的上下两点的水平方向相对位移—强度折减系数尖点突变模型，并将其作为失稳判据，可以体现重力坝失稳过程的突变性，能够将安全系数量化到一个客观具体的数值，同时结果具有唯一性。通过建立模型的标准势函数，并比较其判别式与零的大小关系来判断重力坝是否失稳，概念清楚，界定明确。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 重力坝深层抗滑稳定分析研究现状及方法

1．2．1 研究现状

1．2．2 重力坝深层抗滑稳定研究方法

1．3 本论文主要内容、拟解决的主要科学技术问题及技术路线

1．3．1 主要内容

1．3．2 拟解决的主要科学技术问题

1．3．3 技术路线

第二章 重力坝深层抗滑稳定双斜面法的原理及其计算方法

2．1 重力坝深层抗滑稳定双斜面法计算方法原理

2．1．1 上游滑动体ABDE沿着第一滑裂面AB的刚体极限平衡

2．1．2 下游阻滑体BCD沿第二滑裂面BC的刚体极限平衡

2．1．3 双斜面计算求解方法

2．2 双斜面法计算框图

第三章 重力坝深层抗滑稳定三斜面法的原理及其计算方法

3．1 重力坝深层抗滑稳定三斜面计算方法原理

3．1．1 上游滑动体ABDE沿第一滑裂面AB的刚体极限平衡

3．1．2 下游阻滑体BCD沿第二滑裂面BC的刚体极限平衡

3．1．3 第三滑裂面BD上力的平衡

3．1．4 三斜面法等安全系数极值条件方程组计算机迭代求解方法

3．2 三斜面法荷载和面积计算

3．2．1 P0、G1、A1、A3计算

3．2．2 G2、Ws和A2计算

3．2．3 U1、U2和U3的计算

3．3 三斜面法计算程序的计算框图

第四章 有限元法和突变理论在重力坝深层抗滑稳定中的应用

4．1 有限元法在重力坝深层抗滑稳定中的应用

4．1．1 概况

4．1．2 有限元的基本原理

4．1．3 非线性问题的类型和求解特点

4．1．4 重力坝有限元深层抗滑稳定分析方法的类型

4．2 ANSYS软件

4．2．1 ANSYS软件简介

4．2．2 ANSYS软件的分析类型

4．2．3 基于ANSYS的深层抗滑稳定分析方法的基本过程

4．3 突变理论在重力坝深层抗滑稳定中的应用

4．3．1 突变理论概述

4．3．2 尖点突变模型

4．3．3 重力坝深层抗滑稳定的相对位移尖点突变模型失稳判据

4．4 算例分析

4．4．1 计算条件

4．4．2 成果分析

第五章 清峪水库重力坝深层抗滑稳定分析

5．1 工程概况

5．2 自然条件和水文主要成果

5．3 工程地质条件

5．4 工程总体布置

5．5 主要工程量及工程投资

5．6 清峪水库重力坝深层稳定强度折减法有限元分析

5．6．1 计算条件

5．6．2 位移分析

5．6．3 塑性等效应力分析

5．7 清峪水库重力坝深层稳定双斜面法和三斜面法计算分析

5．8 小结

第六章 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间公开发表的学术论文