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《清华大学》 2010年
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高拱坝破损溃决全过程模拟及安全评价方法研究

胡卫  
【摘要】：本文在张冲的三维模态变形体离散元方法(3-D Mode Distinct Element Method,3MDEM)工作的基础上,将块体的本构关系从线弹性扩展到弹塑性,并用于模拟拱坝的破损溃决过程,研究拱坝的破坏机理。由于3MDEM在大规模计算上的局限性,基于3MDEM对拱坝破坏机理的研究,利用非线性有限元提出高拱坝的安全评价方法,并基于工程类比法对小湾拱坝进行全面的安全评价。主要研究内容包括: 1.阐述了3MDEM的基本原理和计算流程,在张冲工作的基础上,将块体的本构关系从线弹性扩展到弹塑性,包括Mises和Drucker-Prager模型,并提出了一种基于塑性应变的接触断裂准则,基于3MDEM平台,初步实现了对结构弹性-弹塑性-断裂-破坏的全过程模拟。通过若干数值算例验证弹塑性本构的正确性,表明该方法可用于模拟拱坝的破损溃决的全过程。 2.考虑坝体材料的弹塑性性质,采用3MDEM对梅花拱坝进行了分析,通过裂缝的扩展过程研究了拱坝的破坏机理,并重现梅花的溃决过程。结果表明,周边缝的破坏导致坝体上抬,拱坝的破坏从梁开始,梁受到削弱后,荷载向拱转移,最终拱的破坏导致全坝的溃决。随后为研究一般拱坝的破坏机理,假定梅花拱坝的周边缝完好,进行超载分析,定性得到拱坝的破坏规律,经历三个阶段:梁破坏阶段、拱破坏阶段以及拱坝整体失稳阶段。 3.在3MDEM对拱坝的破坏机理研究的基础上,基于非线性有限元和工程类比,针对坝踵开裂和极限承载力,提出一组安全系数:帷幕安全系数k1,荷载分配突变安全系数k2以及极限安全系数k3。选取类比工程K?lnbrein和二滩拱坝,基于工程类比对小湾进行了安全评价。 4.将小湾数值计算的结果与周维垣教授地质力学模型试验的结果进行对比分析,随后对小湾工程的加固措施进行研究,并分析了施工期坝体产生的温度裂缝对拱坝整体安全的影响,最后在混凝土材料中引入软化性质,用于小湾拱坝的安全评价,使得小湾的安全评价更为完整。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TV642.4

【引证文献】
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2 金峰;胡卫;张冲;王进廷;;考虑弹塑性本构的三维模态变形体离散元方法断裂模拟[J];工程力学;2011年05期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 庞林;比例边界多边形方法的研究及其在大坝静动力响应分析中的应用[D];大连理工大学;2017年
2 程立;特高拱坝变形破坏的机制与控制研究[D];清华大学;2017年
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1 张静松;望江县芝兰水库除险加固研究与设计[D];河北工程大学;2018年
【参考文献】
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【共引文献】
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5 陈长凯;曾祥君;;基于高频脉冲电压注入的永磁同步电机无位置传感器技术研究[J];电气传动自动化;2015年04期
6 赵敬云;赵筱赫;王晓磊;;五定子单元的无轴承瓣形电机的设计与优化[J];微电机;2015年07期
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9 杨泽斌;董大伟;樊荣;孙晓东;金仁;;无轴承异步电机无径向位置传感器控制[J];北京航空航天大学学报;2015年08期
10 郭超伟;高艳霞;张曲遥;宋文祥;;基于滑模观测器的交流伺服电机无传感器控制[J];电机与控制应用;2015年04期
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1 秦月梅;五相无轴承永磁同步电机及其控制系统研究[D];江苏大学;2018年
2 杨均悦;感应型五自由度无轴承电机悬浮及旋转驱动系统研究[D];大连交通大学;2017年
3 张燕红;过约束磁悬浮导轨的稳定性分析与控制[D];江苏大学;2017年
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5 王巧巧;无轴承永磁同步电机非线性控制系统的研究[D];华南理工大学;2014年
6 李炳楠;多相单绕组永磁无轴承电机悬浮参数的分析与辨识[D];浙江大学;2014年
7 王念先;大气隙混合磁悬浮轴承相关理论及设计方法的研究[D];武汉理工大学;2013年
8 杨泽斌;无轴承异步电机及其运行控制[D];江苏大学;2013年
9 许波;无轴承永磁同步电机无位置传感器及控制研究[D];江苏大学;2013年
10 张武;磁悬浮永磁直线电动机研究[D];沈阳工业大学;2013年
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1 倪拓成;无轴承磁通切换电机设计与控制[D];南京航空航天大学;2017年
2 武谷雨;轴向主动控制无轴承电机基础研究[D];南京航空航天大学;2017年
3 倪寅坤;无轴承永磁薄片电机结构设计与数字控制研究[D];江苏大学;2016年
4 伦青青;永磁式复合驱动三自由度运动电机电磁系统的设计与分析[D];河北科技大学;2015年
5 王云艳;凸极式单相电容电动机的模型建立与应用[D];五邑大学;2014年
6 张强;磁悬浮球形电机模糊神经逆系统研究[D];扬州大学;2013年
7 谢勇;液浮转子陀螺驱动技术研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
8 谢勇;液浮转子陀螺驱动技术研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
9 刘秀;基于DSP28335的无轴承永磁薄片电机数字控制系统的研究[D];南京航空航天大学;2010年
10 陈超;无轴承薄片离心泵的研究和实现[D];南京航空航天大学;2009年
【同被引文献】
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1 苏华;磁浮列车悬浮控制器设计与仿真分析[D];西南交通大学;2009年
2 徐林;基于模糊PID的磁悬浮控制系统研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
3 张景亭;基于F2812 DSP的磁悬浮组合支承系统数字控制器研究[D];南京航空航天大学;2009年
4 陆超;中低速磁悬浮列车导向机理与关键技术研究[D];西南交通大学;2008年
5 陈东;薄片型永磁无轴承电机的设计与控制[D];浙江大学;2008年
6 金旭东;磁悬浮轴承的磁路设计以及动态仿真[D];长春理工大学;2008年
7 张建源;磁悬浮技术在压缩机上的应用研究[D];兰州理工大学;2007年
8 肖俊;磁悬浮转子系统演示装置的设计研究[D];武汉理工大学;2007年
9 王义进;基于DSP磁悬浮球控制系统的设计与研究[D];厦门大学;2007年
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【二级引证文献】
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1 刘璐;龙雪;季顺迎;;基于扩展多面体的离散单元法及其作用于圆桩的冰载荷计算[J];力学学报;2015年06期
2 徐会永;冯建伟;葛玉荣;;致密砂岩储层构造裂缝形成机制及定量预测研究进展[J];地质力学学报;2013年04期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 李鹏;热流和渗流问题的等几何比例边界有限元方法及其在大坝工程中的应用[D];大连理工大学;2018年
【二级参考文献】
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1 李宗利;岩体水力劈裂机理研究及其在地下洞室围岩稳定分析中应用[D];河海大学;2005年
2 唐红侠;水力劈裂条件下裂隙介质水力特性研究[D];河海大学;2005年
3 谢兴华;岩体水力劈裂机理试验及数值模拟研究[D];河海大学;2004年
4 陈欣;界面元法的开裂和损伤梯度模型及其工程应用[D];清华大学;2004年
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1 孙林松,王德信,孙文俊;考虑开裂深度约束的拱坝体形优化设计[J];水利学报;1998年10期
2 陈正作,刘蕾;拱坝定期检查的安全度标准研究(续)[J];水利技术监督;2000年03期
3 周维垣,杨若琼,罗光福;拱坝稳定的有限元分析[J];西北水电技术;1983年02期
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5 杜成斌,任青文,王超;周边缝、底缝拱坝分析研究综述[J];水利水电科技进展;1999年01期
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7 李毅男;李海河;李迎春;焦伟;;新疆某拱坝正倒垂系统地震后监测数据分析[J];水电与抽水蓄能;2018年05期
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9 梁艺;;坝肩裂隙位置变动对拱坝稳定的影响及其处理措施研究[J];中国水运(下半月);2017年05期
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1 金峰;张冲;王进廷;张楚汉;;利用模态变形体离散元研究梅花拱坝破坏机理[A];首届全国水工抗震防灾学术会议论文集[C];2006年
2 厉易生;;拱坝双目标优化的一种实用解法[A];中国土木工程学会计算机应用分会第七届年会论文集[C];1999年
3 厉易生;;拱坝双目标优化的一种实用解法[A];中国土木工程学会计算机应用分会第七届年会土木工程计算机应用文集[C];1999年
4 陈在铁;;极端灾变条件下梯级库群拱坝失效风险评价研究[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年
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6 周秋景;张国新;;拱坝极限承载力数值分析中影响因素研究[A];北京力学会第十六届学术年会论文集[C];2010年
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8 陈正作;刘蕾;;基于内力法理论的拱坝动力计算[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展（2011年）[C];2011年
9 李波;居浩;李刚;;基于CATIA与ABAQUS软件的拱坝建模及坝肩稳定评价[A];高坝建设与运行管理的技术进展——中国大坝协会2014学术年会论文集[C];2014年
10 张建清;周政国;申莉萍;;溪洛渡水电站拱坝施工工艺[A];高坝建设与运行管理的技术进展——中国大坝协会2014学术年会论文集[C];2014年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 罗虎才;拱坝乡“两基”工作开展有声有色[N];甘南日报(汉文版);2006年
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3 本报通讯员 王春林;舟曲拱坝乡：农民夜校架起致富桥[N];甘肃日报;2013年
4 姚宙龙;吴德刚深入舟曲县拱坝乡开展“大走访回头看”活动[N];甘南日报(汉文版);2016年
5 柳絮恒 谢远景;倾心拱坝事业天道自然酬勤[N];科技日报;2005年
6 丹正昂杰;赵敏学到拱坝乡进行慰问[N];甘南日报(汉文版);2007年
7 记者 杨雅洁　张蕴华;世界最高拱坝水电站开始浇筑大坝[N];中国电力报;2009年
8 记者 许静;锦屏一级拱坝突破百米[N];四川日报;2010年
9 刘鑫　王连生 记者 李清波;应力呈“蝴蝶”状 拱坝整体安全[N];四川日报;2011年
10 杨贵民;白山拱坝激光观测系统和发电机大功率柜通过验收[N];东北电力报;2001年
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2 吴党中;拱坝优化时基础变模敏感性及坝肩传力洞增稳效应研究[D];浙江大学;2012年
3 赵宪民;三河口拱坝建基岩体特征及坝肩稳定研究[D];长安大学;2013年
4 钟建文;拱坝人工导缝止裂机制基础研究[D];清华大学;2015年
5 寇立夯;基于性能的高坝抗震设计若干关键问题研究[D];清华大学;2009年
6 潘坚文;高混凝土坝静动力非线性断裂与地基辐射阻尼模拟研究[D];清华大学;2010年
7 张宇;高碾压混凝土拱坝地震破坏机理模型试验研究[D];大连理工大学;2016年
8 孙林松;三维弹塑性接触问题的线性互补方法及拱坝结构非整体性分析研究[D];河海大学;2001年
9 车轶;混凝土高拱坝孔口配筋与抗裂问题研究[D];大连理工大学;2002年
10 宋贞霞;考虑河谷场地效应的拱坝—地基地震响应分析方法研究[D];中国地震局工程力学研究所;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 叶荣波;一种新型拱坝—摆线拱坝的应力分析与体型优化研究[D];重庆交通大学;2013年
2 刘莹;模拟浇注程序下的拱坝体形优化研究[D];昆明理工大学;2009年
3 郑楠;考虑无限地基辐射阻尼的拱坝随机地震响应规律性研究[D];清华大学;2007年
4 夏丽;拱坝变形安全监控模型及其应用研究[D];河海大学;2007年
5 秦彩苗;基于ANSYS的峨峪拱坝应力计算[D];河北农业大学;2012年
6 王志真;常峪口水库拱坝应力分析及加固方案研究[D];河北工程大学;2009年
7 朱方剑;基于分载法变形假定的拱坝有限元分析研究[D];浙江大学;2011年
8 熊敬;思德拱坝裂缝成因的分析研究[D];四川大学;2005年
9 杨舒涵;青龙深“U”形拱坝静、动力分析及承载能力研究[D];武汉大学;2017年
10 陈红其;拱坝坝肩岩体空间稳定分析[D];四川大学;2005年
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