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《清华大学》 2004年
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界面元法的开裂和损伤梯度模型及其工程应用

陈欣  
【摘要】:拱坝—地基系统稳定分析中对坝肩破坏的研究至关重要,而目前广泛采用的有限元法不能够有效地模拟岩石基础中断层、节理等薄弱面的不连续特性。基于此,本文引入界面元数值方法,以模拟岩基中的不连续界面,并对坝肩稳定及岩体的开裂扩展加以研究。主要内容包括: 1.为了模拟岩石类材料在复杂受力条件下的裂纹扩展,本文除了应用Mohr-Coulomb准则和最大拉应力准则外,还在模拟复合型裂纹特征方面提出以能量释放率准则作为开裂判据,并且根据界面元方法中开裂集中于界面的特点,提出了双材料界面开裂的处理方法,尝试对岩体中的断层等不连续面的材料特性和开裂特征进行模拟。 2.将损伤模型引入界面元方法中,模拟了材料屈服后实际承载力逐渐弱化的过程,并研究了岩石类材料中的破坏准则及分析方法。 3.讨论了非线性计算中界面元方法的网格依赖性问题,在损伤模型的基础上,引入了损伤梯度的方法,将非局部等效应变作为单元位移之外的另一未知量引入基本方程中,从而构造了损伤梯度模型的界面元迭代方法。通过对算例的计算分析,说明本文提出的方法能够有效地控制网格依赖性的出现。 4.利用界面元方法能够直接求得界面应力的特点,计算危险滑动面的抗滑稳定安全系数,结合工程实例校核了坝肩及基础中危险滑块的安全系数,并对最危险滑动面进行搜索。 5.对上述开裂模型和损伤梯度模型编制了计算程序,并将程序应用于小湾拱坝(1170高程的平面分析及锦屏拱坝的整体稳定分析中,模拟了坝肩沿断层、蚀变带及节理等滑动面的开裂、滑移现象以及损伤演化过程,并校核危险滑块的抗滑稳定安全系数。将计算结果与模型试验结果对比,展示了界面元方法在拱坝—地基系统稳定分析中的应用前景。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TV223

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【参考文献】
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