深覆盖层土石坝非线性动态特性分析

摘要

在进行土石坝动力分析时,地震波以什么样的方法在何处输入难以确定,本文首先根据这一难点,利用ANSYS-APDL语言编制地震波数据处理程序,成功地将离散地震波数据导入有限元模型分析土石坝动力特性。其次,采用Duncan-Chang双曲线模型,对下坂地土石坝进行了静力有限元分析,得到了坝体的静应力场、静位移场分布;采用等效粘弹性模型和有效的地震输入方式,对下坂地土石坝进行了动力有限元分析,得到了大坝的动应力场、动位移场分布。给出了大坝在地震过程中动应力场、动位移场的变化规律。解决了在深覆盖层问题的分析中遇到的技术型问题,如成功施加了初始应力、设置了接触面单元、对边界条件进行了处理,尽可能的模拟大坝的真实情况。第三,鉴于下坂地大坝覆盖层最大深度达147m,约为坝体总高度的两倍,防渗规模和工程难度为国内外之最,工程设计采用混凝土防渗墙与灌浆帷幕进行防渗处理,数值计算给出了防渗墙的动应力、变形规律。最后,研究了大坝竣工期、水库蓄水期防渗墙的应力和变形随墙体参数的变化而变化的规律,为防渗墙墙体材料的选择提供了理论依据。给出低弹模混凝土防渗墙不仅具有适应覆盖层抗震变形能力,有较高的强度、抗渗能力,同时还具有较强的抗溶蚀性和耐久性,通过优化比较,建议选择弹性模量介于刚性混凝土和塑性混凝土之间的低弹模混凝土,其弹模在2000～3000 MPa之间为宜。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 土石坝地震工程进展

1.1.1 沥青心墙土石坝的国内外研究现状

1.1.2 土石坝地震危害

1.1.3 土石坝地震反应分析研究现状

1.2 防渗墙墙体材料研究现状

1.3 ANSYS 简介

1.4 本文研究目的和内容

2 基本理论和分析方法

2.1 本构模型

2.1.1 土体静力本构模型

2.1.2 土体动力本构模型

2.2 土石坝地震反应分析方法

2.2.1 方法综述

2.2.2 地震荷载特点

2.2.3 地震输入方式

2.2.4 瞬态动力分析方法和动力方程解法

2.2.5 土石坝地震反应分析等价线性化方法

3 实例分析

3.1 工程概况

3.2 计算的基本条件、材料参数、输入地震时程

3.2.1 计算方案与土料参数

3.2.2 输入地震时程

3.3 边界条件及初始条件

3.4 坝体坝基特性分析

4 深覆盖层防渗墙动态特性分析

4.1 防渗墙强度分析

4.2 结果分析

4.3 材料配比对防渗墙应力变形特性的影响分析

4.3.1 防渗墙材料特性参数

4.3.2 防渗墙应力变形动态特性分析

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文