基于广义塑性理论的高土石坝动力分析

摘要

土石坝作为一种古老的坝型，因其取材方便，构造简单，受力明确等特点一直以来都是水利工程的首选坝型。我国水资源丰富且主要分布在西南地区，然而这些地区是高强度地震常发区，对高土石坝的建设与运营带来不利。随着经济水平的提高，电力需求越来越大，高土石坝建设是以后的发展趋势，目前300m级的高土石坝已在设计规划中。目前，对于强震区高土石坝的动力反应的研究还不够成熟，但是高土石坝的加速度放大倍数、坝体沉降、永久位移等对研究高土石坝在强震区的变形与稳定性尤为重要。本文是基于此背景下，结合国家自然科学基金项目《基于广义塑性理论的土工格栅加筋土石坝的动力分析》(5140090546)，利用在FLAC3D软件中新开发的广义塑性模型，通过三轴试验的模拟算例与FLAC3D自带的本构模型对比，验证广义塑性模型的正确性，建立了基于广义塑性模型的高土石坝动力分析方法，并对高土石坝在强震作用下的动力反应进行多工况的分析和研究，具体工作如下:
　　(1)首先介绍FLAC3D的基本原理，在其预留的自定义本构模型板块中，基于广义塑性理论新开发的广义塑性模型的基础上，设计了三轴试验的模拟算例与FLAC3D自带的本构模型对比，验证广义塑性模型的正确性。
　　(2)基于FLAC3D软件中新开发的广义塑性模型，建立基于广义塑性模型的高土石坝动力分析方法，针对建设期与蓄水期的坝体变形，本文以坝高250m的均质土石坝，应用该分析方法研究其在地震荷载作用下的变形。结果显示:基于广义塑性模型的高土石坝动力分析方法能很好模拟坝体在地震作用下的变形，建设期与蓄水期的坝体变形基本一致，上游水平位移由于水压力的存在，位移偏向下游移动;竖向沉降由于水的托浮力的影响，位移向上移动;位移数值相对较大的发生在坝顶。
　　(3)为全面系统研究和分析对比高土石坝在强震作用下的动力反应，本文设计了不同的工况（不同坝高、不同坝坡、不同峰值加速度等）对高土石坝加速度放大倍数、坝体沉降、永久位移进行对比分析，结果显示:坝高越高，坝坡越陡，峰值加速度越大，所得位移越大，且在坝体上部1/5范围内变形数值较大，是重点防护和加固的区域。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2．1 堆石料的变形特征

1．2．2 土石坝的动力破坏特征

1．2．3 土石坝的地震反应与变形分析

1．3 本文的主要工作

第二章 堆石体的本构模型理论

2．1 现阶段常用的本构模型

2．1．1 Duncan-Chang模型

2．1．2 摩尔-库伦模型(M-C模型)

2．1．3 修正剑桥模型

2．1．4 南水模型

2．2 广义塑性模型

2．2．1 经典塑性力学应用在岩土出现的问题

2．2．2 广义塑性模型的概念

2．3 小结

第三章 FLAC3D计算原理及其三轴试验

3．1 FLAC3D软件的背景和特点

3．1．1 FLAC3D软件的背景

3．1．2 FLAC3D的基本方程

3．1．3 FLAC3D的动力分析

3．2 自定义本构模型的开发

3．2．1 自定义本构模型实现的条件

3．2．2 自定义本构模型实现的步骤

3．3 三轴验证试验

3．3．1 验证广义塑性模型的正确性

3．3．2 验证广义塑性模型的可靠性

3．4 小结

第四章 基于广义塑性模型的高土石坝三维动力分析

4．1 土石坝三维动力分析背景

4．2 广义塑性模型在土石坝中的模拟验证

4．3 高土石坝基本算例概况

4．3．1 基本几何模型

4．3．2 模型基本参数

4．3．3 输入的地震波

4．3．4 水压力的加载

4．4 高土石坝动力计算结果分析

4．4．1 坝体特征点位移时程曲线

4．4．2 坝体的永久位移

4．5．1 坝体高度变化的影响

4．5．2 坝体坝坡变化的影响

4．5．3 峰值加速度变化的影响

4．5．4 坝顶宽度变化的影响

4．6 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及参与课题