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《新疆农业大学》 2010年
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土石坝结构稳定的静动力非线性有限元分析

欧阳君  
【摘要】: 本文在收集、整理大量相关资料的基础上,利用通用软件的二次开发和变通运用对土石坝变形和稳定问题开展了一系列的分析和研究。 首先利用ABAQUS软件的用户子程序,完成了对Duncan-Chang双曲线模型和Hardin-Drnevich动力本构模型的二次开发,通过对验证算例的分析,证明本文开发的子程序的合理性,可用于土石坝的静动力应力-应变分析。 其次将土石坝渗流的有限元计算与坝坡稳定分析的温控参数折减法相结合,对土石坝坝坡进行稳定性分析。考虑渗流作用时,先采用有限元法计算坝体渗流场,通过迭代计算出稳定渗流的逸出点和浸润线位置,并根据水力梯度计算坝体所受的渗透力。然后将渗流分析所确定的渗流力与土体自重、浮力、地震力等荷载共同施加在坝体上,采用温控参数折减有限元法计算土石坝坝坡的临界失稳状态及其所对应的安全系数。算例结果表明:采用此方法进行土石坝坝坡稳定分析是合理的,且大大提高了计算效率。 最后以克孜尔粘土心墙坝为工程实例,对其进行了静动力反应计算和坝坡稳定性分析,得到了坝体在各种工况下的应力、应变和安全系数。在静力应力-应变结果中,经计算结果和实测结果对比,证明二次开发的子程序计算结果与实测数据吻合较好,计算精度和效率较高;同时认为克孜尔粘土心墙坝坝体应力和变形分布合理,坝体内无拉应力产生、不会产生水力劈裂。在坝坡稳定计算结果中,通过与极限平衡法进行对比分析,论证了采用温控参数折减有限元法在实践应用中的合理性和适用性,得出了克孜尔粘土心墙坝坝坡设计是稳定的结论。通过对大坝系统基频和最大加速度反应结果的分析,认为坝体动力反应符合一般规律,坝体抗震设计合理。以上计算结果表明,本文编制的静动力本构模型子程序、迭代法计算渗流自由面以及采用温控参数折减有限元分析坝坡稳定对土石坝的数值分析具有一定的通用性,对类似工程的研究分析具有直接的参考价值。
【学位授予单位】:新疆农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TV641

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