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1、高拱壩關鍵區(qū)域局部破損分析(申請清華大學工學博士學位論文)培養(yǎng)單位：水利水電工程系學科：水利工程研究生：常強指導教師：楊強教授二○一五年五月LocalFailureModeAnalysisfortheKeyAreaofHighArchDamDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessionaldegreeofDoctorofEngineeringbyChangQiangDissertationSupervisor:ProfessorYangQian
2、gMay,2015摘要摘要高拱壩作為一種復雜的混凝土結構，壩踵、壩趾及基礎內斷層錯動帶均為可能發(fā)生破壞的區(qū)域，且多個破壞區(qū)域可能同時存在。結構發(fā)生失穩(wěn)是一種由局部破壞到整體失穩(wěn)的行為。此問題涉及兩個方面，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）提出一種對高拱壩關鍵區(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)合運用。首先運用變形加固理論確定影響高拱壩穩(wěn)定的關鍵區(qū)域，在對這些關鍵區(qū)域劃分子模型，進行局部破損模式的精細分析，并將這種分析方法運用到白鶴灘高拱壩的數(shù)值模型模擬中。對白鶴灘拱壩進行了整體穩(wěn)定分析、壩踵區(qū)不平衡力
3、分析以及基巖內斷層的穩(wěn)定性分析，在此基礎上確定拱壩壩踵以及基礎的可能破壞位置，對壩踵及基巖斷層劃分子模型，進行精細的破壞模式的討論。（2）發(fā)展了基于格構模型和有限元耦合的裂紋開裂模擬方法?？梢詫⒂邢拊W(wǎng)格自動轉化為格構模型，這樣即利用了有限元在常規(guī)計算中的高效性，也利用了格構模型在處理開裂區(qū)域的方便性。在初始計算模型中可以不對開裂區(qū)域進行特殊指定，開裂部分為有限元計算應力超過材料的抗拉強度的區(qū)域，將此區(qū)域轉化為格構模型并作相應的處理即可模擬結構的開裂和裂紋擴展。同時，將此方法用于模擬多裂隙體的等效彈性模量。（3）進行了錨索對邊坡體的錨固效果的分析。將錨索的錨固效果分為預應力和抗變形
4、能力兩部分，將預應力轉化為錨固區(qū)域的平均預壓力施加在邊坡體上，抗變形能力則是通過將錨索（桿）剛度加入整體剛度矩陣得以實現(xiàn)。對一邊坡模型做降強計算，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，塑性余能對邊坡是否加錨反應很敏感，其次是不平衡力，而邊坡表面變形對邊坡是否加錨反應不敏感。（4）在以內變量描述的熱力學基礎上對彈塑性材料臨界點的穩(wěn)定性進行了討論，材料在臨界點附近的行為僅與材料本身的自由能函數(shù)的幾何結構有關。同時，在熱力學基礎上對Drucker公設和Ilyushin公設進行了討論，得出熱力學定義中的兩個公設的統(tǒng)一表達。關鍵詞：變形加固理論；子模型；格構模
5、型方法；錨固效果分析；材料臨界點穩(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
