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《高拱壩關(guān)鍵區(qū)域局部破損分析》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、高拱壩關(guān)鍵區(qū)域局部破損分析(申請(qǐng)清華大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文)培養(yǎng)單位:水利水電工程系學(xué)科:水利工程研究生:常強(qiáng)指導(dǎo)教師:楊強(qiáng)教授二○一五年五月LocalFailureModeAnalysisfortheKeyAreaofHighArchDamDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessionaldegreeofDoctorofEngineeringbyChangQiangDissertationSupervisor:ProfessorYangQian
2、gMay,2015摘要摘要高拱壩作為一種復(fù)雜的混凝土結(jié)構(gòu),壩踵、壩趾及基礎(chǔ)內(nèi)斷層錯(cuò)動(dòng)帶均為可能發(fā)生破壞的區(qū)域,且多個(gè)破壞區(qū)域可能同時(shí)存在。結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)是一種由局部破壞到整體失穩(wěn)的行為。此問(wèn)題涉及兩個(gè)方面,即如何確定發(fā)生局部破壞的位置以及局部破壞是以何種方式發(fā)展的。本文的主要的研究成果如下:(1)提出一種對(duì)高拱壩關(guān)鍵區(qū)域的破壞模式分析的方法。此方法將變形加固理論和子模型方法聯(lián)合運(yùn)用。首先運(yùn)用變形加固理論確定影響高拱壩穩(wěn)定的關(guān)鍵區(qū)域,在對(duì)這些關(guān)鍵區(qū)域劃分子模型,進(jìn)行局部破損模式的精細(xì)分析,并將這種分析方法運(yùn)用到白鶴灘高拱壩的數(shù)值模型模擬中。對(duì)白鶴灘拱壩進(jìn)行了整體穩(wěn)定分析、壩踵區(qū)不平衡力
3、分析以及基巖內(nèi)斷層的穩(wěn)定性分析,在此基礎(chǔ)上確定拱壩壩踵以及基礎(chǔ)的可能破壞位置,對(duì)壩踵及基巖斷層劃分子模型,進(jìn)行精細(xì)的破壞模式的討論。(2)發(fā)展了基于格構(gòu)模型和有限元耦合的裂紋開(kāi)裂模擬方法??梢詫⒂邢拊W(wǎng)格自動(dòng)轉(zhuǎn)化為格構(gòu)模型,這樣即利用了有限元在常規(guī)計(jì)算中的高效性,也利用了格構(gòu)模型在處理開(kāi)裂區(qū)域的方便性。在初始計(jì)算模型中可以不對(duì)開(kāi)裂區(qū)域進(jìn)行特殊指定,開(kāi)裂部分為有限元計(jì)算應(yīng)力超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度的區(qū)域,將此區(qū)域轉(zhuǎn)化為格構(gòu)模型并作相應(yīng)的處理即可模擬結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂和裂紋擴(kuò)展。同時(shí),將此方法用于模擬多裂隙體的等效彈性模量。(3)進(jìn)行了錨索對(duì)邊坡體的錨固效果的分析。將錨索的錨固效果分為預(yù)應(yīng)力和抗變形
4、能力兩部分,將預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)化為錨固區(qū)域的平均預(yù)壓力施加在邊坡體上,抗變形能力則是通過(guò)將錨索(桿)剛度加入整體剛度矩陣得以實(shí)現(xiàn)。對(duì)一邊坡模型做降強(qiáng)計(jì)算,得到其塑性余能、不平衡力以及邊坡表面變形隨超載倍數(shù)的變化。比較后得到,塑性余能對(duì)邊坡是否加錨反應(yīng)很敏感,其次是不平衡力,而邊坡表面變形對(duì)邊坡是否加錨反應(yīng)不敏感。(4)在以內(nèi)變量描述的熱力學(xué)基礎(chǔ)上對(duì)彈塑性材料臨界點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行了討論,材料在臨界點(diǎn)附近的行為僅與材料本身的自由能函數(shù)的幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)。同時(shí),在熱力學(xué)基礎(chǔ)上對(duì)Drucker公設(shè)和Ilyushin公設(shè)進(jìn)行了討論,得出熱力學(xué)定義中的兩個(gè)公設(shè)的統(tǒng)一表達(dá)。關(guān)鍵詞:變形加固理論;子模型;格構(gòu)模
5、型方法;錨固效果分析;材料臨界點(diǎn)穩(wěn)定性IAbstractAbstractHigharchdamisakindofcomplexconcretestructure.Damheel,damtoeandthefaultbeltinthefoundationofthedamareallthepossiblefailureregions,andapluralityoffailurezonemayexistatthesametime.Failurebehaviorofastructurealwaysstartsfromthelocaldamage,andgrowtotheoverallbuck
6、ling.Thisprobleminvolvestwoaspects,howtodeterminetheoccurrenceoflocaldamagelocationandhowthelocaldamagedevelops.Themainresearchresultsofthispaperareasfollows:(1)Presentsanfailuremodeanalysismethodforthekeyareasofhigharchdam.Inthismethod,thedeformationreinforcementtheoryisused,combinedwithsubmo
7、delmethod.Firstofall,thedeformationreinforcementisusedtodeterminethekeyareasofhigharchdam.Thenhesekeyregionismodeledbyafinemesh,toanalyzethefailuremodeofthisarea.ThisanalysismethodisappliedtothenumericalmodelforthesimulationofBaihetanar