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高拱坝坝肩抗震稳定研究
中文名称: 高拱坝坝肩抗震稳定研究
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论文编号: 3047131收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: High Arch Dam Abutment Aseismatic Stability Study
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 水工结构
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 高拱坝 拱坝 坝肩 抗震 坝肩抗震稳定 刚体极限平衡 时域显式有限元 LDDA 动接触力迭代算法 计算效率
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论文简介:本文阐述了高拱坝坝肩抗震稳定分析的重要意义;它不仅是工程建设的迫切需要,还是推动水工抗震学科发展的必然要求。提出了坝肩抗震稳定分析的三个层面。第一层面是基于刚体极限平衡的分析,该方法比较简单,可作为对拱坝坝肩抗震稳定分析的初步计算。在确定了可能滑动坝肩块体的几何形状、结构面力学参数后可快速分析。第二个层面的计算是有限元与刚体极限平衡结合求解,这时的拱推力与作用于坝肩块体的地震荷载是随时间变化的,从而用刚体极限平衡求得的块体安全系数也是随时间变化的。第三个层面的计算是将拱坝地基与坝体作为整体,计入拱坝横缝和地基缝隙,将坝体的强度校核和坝肩抗震稳定校核统一考虑,通过坝体的动力反应综合评判坝肩抗震稳定安全性的分析方法。围绕坝肩抗震稳定分析的三个层面,主要完成下列研究工作: 介绍坝肩稳定分析的刚体极限平衡方法,推导了楔形块体和多滑面块体的极限平衡公式,指出了刚体极限平衡坝肩抗震稳定分析的一般步骤,给出了溪洛渡工程应用的实例。 介绍了用有限元与刚体极限平衡结合求解坝肩抗震稳定的方法,推导了时域显式有限元的基本公式和基于时域显式有限元的拱推力与地震惯性力的计算公式。给出了小湾拱坝工程应用的实例。 提出了用时域法生成谱拟合人工地震动的新方法,该方法具有收敛精度和计算效率高的特点。 提出了对复杂水工结构进行有限元网格自动剖分的方法,并给出了溪洛渡、小湾和大岗山拱坝地基系统有限元网格剖分实例。 介绍了具有拉格朗日乘子的不连续变形分析理论(LDDA理论),编写了相应的计算机程序,推导了用LDDA方法求结构位移、速度、加速度反应的递推公式,给出了瑞利阻尼的取值和计算时间步长的估算公式。 提出了新的动接触力迭代求解算法(改进的Uzawa迭代算法),该算法的松驰因子是依据块体接触的物理特性而非按照数学理论选用的。算例表明,该算法具有收敛速度快,收敛精度高的特点。 静力计算时应用了总体刚度矩阵采用非0存储方式的超松驰迭代法,将静力问题和动力分析使用不同的方法求解,较目前常用的静动组合计算方法[84、99],具有更快的计算速度。 提出了基于粘弹性边界条件的拱坝地震输入的自由场输入方法,结合大岗山拱坝工程实例,比较了ADAPCH89程序、基于人工透射边界的时域显式有限元程序和LDDA分析的计算结果,得出无限地基幅射阻尼可显著降低坝体拱梁应力、拱坝横缝使拱坝拱应力有所下降,而梁应力有所增加的结论。得出自由场计算时的材料阻尼对坝体应力影响不大的结论。 通过大岗山拱坝地基系统在微机上(HPd530,奔ⅣCPU2.80GHz,1GB内存)的计算,完成整体坝的动力分析需用1小时38分,而分缝坝的动力分析需用7小时6分,而用基于人工透射边界的时域显式有限元法分别需要24小时和36小时之多,从而进一步验证本文理论、方法和计算机程序具有较高的计算效率。
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