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《堆石料彈塑性循環(huán)本構(gòu)模型研究及應(yīng)用》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、堆石料彈塑性循環(huán)本構(gòu)模型研究及應(yīng)用(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：土木工程研究生：張幸幸指導(dǎo)教師：張建民教授聯(lián)合導(dǎo)師：溫彥鋒教高二○一五年四月ResearchonCyclicElasto-plasticConstitutiveModelforRockfillMaterialsanditsApplicationDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoc
2、torofPhilosophyinCivilEngineeringbyZhangXingxingDissertationSupervisor:ProfessorZhangJianminAssociateSupervisor:ProfessorWenYanfengApril,2015摘要摘要過(guò)大的永久變形往往是導(dǎo)致堆石壩震害的主要原因。準(zhǔn)確預(yù)測(cè)堆石體的地震變形在堆石壩的抗震設(shè)計(jì)中尤為重要。目前廣泛使用的等價(jià)粘彈塑性模型對(duì)堆石體在地震荷載作用下變形的描述具有很大經(jīng)驗(yàn)性，只能粗略估算地震荷載引起的殘余變形，采用循環(huán)彈塑性模型可彌
3、補(bǔ)這一缺陷。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，著重對(duì)堆石料在循環(huán)荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)，建立了一個(gè)實(shí)用化的三維彈塑性循環(huán)本構(gòu)模型，提出了基于該模型的數(shù)值化方法，開發(fā)了基于開源動(dòng)力有限元軟件OpenSees的面板堆石壩動(dòng)力計(jì)算程序。本文取得的研究成果主要包括以下幾個(gè)方面：第一，建立了一個(gè)可合理地反映堆石料在循環(huán)荷載作用下應(yīng)力-應(yīng)變特性的三維彈塑性本構(gòu)模型。與目前已有的彈塑性循環(huán)本構(gòu)模型相比，該模型具有以下幾個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)：1）提出了一個(gè)基于修正空間滑動(dòng)面強(qiáng)度理論的雙參數(shù)三維非線性強(qiáng)度準(zhǔn)則，使復(fù)雜循環(huán)加載下堆石料強(qiáng)度的描述更為簡(jiǎn)
4、便合理；2）可反映偏應(yīng)力循環(huán)、球應(yīng)力循環(huán)及二者共同作用下不可逆體應(yīng)變的累積規(guī)律，使循環(huán)荷載作用下堆石料體應(yīng)變的描述更為準(zhǔn)確合理；3）可反映循環(huán)剪切荷載作用下剪應(yīng)力-剪應(yīng)變關(guān)系的滯回特性、硬化特性和應(yīng)變累積特性，使循環(huán)荷載作用下堆石料剪應(yīng)變的描述更為精細(xì)合理；4）共有11個(gè)物理意義明確的模型參數(shù)，均可由振動(dòng)三軸試驗(yàn)測(cè)得的最大剪切模量、模量衰減曲線和殘余變形累積曲線等常規(guī)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)確定，使該模型更加實(shí)用化。第二，提出了該本構(gòu)模型的數(shù)值實(shí)現(xiàn)方法，開發(fā)了基于開源動(dòng)力有限元軟件OpenSees的用戶材料子程序以及針對(duì)面板堆石壩動(dòng)力計(jì)
5、算的輔助性前后處理程序，實(shí)現(xiàn)了較為高效的數(shù)值建模。通過(guò)對(duì)二維理想壩模型、三維均質(zhì)壩模型的系列計(jì)算和對(duì)比分析，完成了對(duì)程序有效性的測(cè)試。第三，通過(guò)三維動(dòng)力彈塑性有限元分析，較為合理地再現(xiàn)和揭示了紫坪鋪高面板堆石壩的震動(dòng)響應(yīng)和變形規(guī)律，模擬結(jié)果與汶川地震后實(shí)測(cè)殘余變形的分布基本上吻合，進(jìn)一步檢驗(yàn)了本文所建立模型及相應(yīng)數(shù)值方法的適用性。關(guān)鍵詞：堆石料；本構(gòu)模型；循環(huán)彈塑性模型；數(shù)值方法；面板堆石壩IAbstractAbstractPermanentdeformationofrockfillmaterialsisthemainca
6、useofseismicdamageofrockfilldams.Predictionofearthquake-inducedpermanentdeformationisthereforequiteimportantindesignofrockfilldams.Theviso-elasto-plasticmodelwidelyusedincurrentseismicresponseanalysiscanonlyprovideanempiricalandroughpredictionofresidualdeformation
7、.Usingcyclicelasto-plasticmodelcanavoidthisshortage.Thispaperpresentsapracticalthree-dimensional(3D)cyclicelasto-plasticmodelofrockfillmaterials,whichisbasedonpreviousexperimentalfactsandfindingsofthestress-straincharacteristicsofrockfillmaterials.Correspondingnum
8、ericalproceduresaredevelopedbasedontheopensourcefiniteelementprogramOpenSees.Themainachievementspresentedinthispaperaresummarizedfromthefollowingthreeas
