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堆石料亚塑性本构模型及面板堆石坝数值分析

岑威钧  
【摘要】:堆石料是面板堆石坝的受力支撑体系,其受力变形特性在很大程度上决定了大坝的工作性态。本文在堆石料工程特性分析研究的基础上,对其进行全新的亚塑性本构建模,结合理论分析和数值计算,指出该模型能够反映堆石料的主要力学特性,且又有自身特色,一些特有的研究成果对堆石坝进一步的应力变形分析研究具有一定的指导意义。具体研究了以下主要内容: (1) 分析了堆石料的压缩性,抗剪特性及其变形机理,概括了堆石料的非线性、压硬性、剪胀性和各向异性等主要力学特性,为亚塑性本构建模奠定了力学分析基础。此外,对常规堆石料的本构模型进行了概括比较分析。 (2) 系统地介绍了亚塑性本构理论的起源、发展和目前国内外研究现状。给出了亚塑性理论的数学力学基础理论,分析了亚塑性模型的一般表达形式及其基本力学特性。 (3) 分析研究了散粒体材料的孔隙比变化规律。结合堆石料的力学特性分析,将Gudehus-Bauer亚塑性模型作一些改进后引入到堆石料本构建模中。理论分析和计算都表明,该模型能够反映堆石料的主要力学特性。此外,针对改进模型的9个材料常数中部分参数确定较困难的现象,建议了一种基于部分试验数据和反演分析基础上的参数确定的复合识别法,可方便地确定堆石料亚塑性模型的本构参数。 (4)对几种常规室内土工试验进行了亚塑性数值模拟,结合计算结果对亚塑性模型做了进一步的力学特性分析研究。 (5)开发研制了改进的堆石料Gudehus-Bauer亚塑性模型的有限元法计算程序,将其应用于堆石坝数值分析计算中,得到了一些有意义的新的研究成果。 (6)总结了面板堆石坝三维非线性有限元法计算的基本理论。 (7)对堆石料的流变性采用粘性-亚塑性理论进行了初步建模分析。建立了基于亚塑性理论的面板与垫层之间的新型接触面模型。


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