新型无粘结预应力泥石流拦挡坝动力响应性能分析

发布时间：2017-06-24 09:21

  本文关键词：新型无粘结预应力泥石流拦挡坝动力响应性能分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：泥石流是山区特有的一种自然地质现象。它是由于强降水(暴雨,融雪,冰川)而形成的一种夹带大量泥沙,石块等固体碎屑物质的特殊洪流,它具有爆发突然,历史短暂,来势凶猛,冲击力强、防御困难等特点。近些年来,我国泥石流灾害频频发生,甘肃、云南、四川等地受灾尤为严重,这不仅给国家和人民造成了巨大经济损失,更带来严重得人员伤亡,因此有效防治泥石流具有重大意义。目前泥石流的防治措施主要包括预防预报、工程防治和生物防治三大类。拦挡坝是主要且有效的工程防治手段。研究表明,拦挡坝的破坏主要是其抗冲击性能不足引起,泥石流的冲击力包括泥石流浆体动压力和大块石撞击力两部分,后者是坝体破坏的主要因素。为了改善泥石流坝抵抗大块石冲击性能,本文在查阅分析大量文献和工程设计资料的基础上,提出一种内置无粘结预应力钢绞线泥石流拦挡结构,并利用显式动力学分析软件ABAQUES对其抗冲击性能进行了数值模拟研究。本文的主要工作包括以下几个方面:(1)参考自复位体系具有良好耗能的原理,在泥石流拦挡坝中加入了自复位组件,使普通的重力式泥石流拦挡坝具有了自复位功能。分别建立了普通重力式泥石流拦挡坝和自复泥石流拦挡坝的有限元模型,对他们在块石冲击作用下的水平位移、变形、应力分布、最大冲击力、支反力、加速度及能量等动力响应的进行了对比分析。(2)对内置无粘结预应力钢绞线泥石流拦挡坝和普通重力式泥石流拦挡坝在不同的预紧力、不同冲击速度、不同撞击高度作用下的最大支反力、坝顶水平位移、最大加速度进行了讨论,得到了他们对坝体抗冲击性能的影响规律。(3)为了进一步提高坝体的抗冲击性能,本文在内置无粘结预应力泥石流拦挡坝的基础上提出了分块组合形式的拦挡结构,对其在块石冲击作用下的动力响应进行了有限元模拟的分析,验证了分块组合坝优越的抗冲击性能。(4)结合数值模拟分析结果,对分块组合坝体进行了优化设计,分析了其在不同撞击速度和高度下的抗冲击性能,同时对此设计制定了详细的实验方案。
【关键词】：拦挡坝 自复位 大块石 分块组合 预应力 冲击荷载 数值模拟 动力响应
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P642.23;TV312
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题背景与研究意义10-13
• 1.2 国内外研究现状综述13-16
• 1.3 泥石流冲击力及拦挡坝抗冲击性能研究现状16-17
• 1.4 无粘结后张法预应力施工工艺17-18
• 1.5 本文主要研究内容与技术路线18-19
• 1.5.1 研究内容18-19
• 1.5.2 技术路线19
• 1.6 课题来源19-20
• 第2章 ABAQUS有限元分析理论简介20-25
• 2.1 有限元方法介绍20
• 2.2 ABAQUS功能特点简介20-21
• 2.2.1 ABAQUS/Standard模块21
• 2.2.2 ABAQUS/Explicit模块21
• 2.2.3 ABAQUS/CAE模块21
• 2.3 ABAQUS显示动力分析理论21-22
• 2.4 ABAQUS接触-碰撞方法22-23
• 2.5 ABAQUS流程规划23-25
• 第3章 内置无粘结预应力钢绞线的泥石流拦挡坝动力响应性能分析25-43
• 3.1 问题的提出25-27
• 3.2 数值模拟27-42
• 3.2.1 模型尺寸确定及自复位坝体组成27-28
• 3.2.2 有限元模型的建立28-30
• 3.2.3 有限元结果对比分析30-37
• 3.2.3.1 冲击过程30-31
• 3.2.3.2 Von Mises应力分析31-33
• 3.2.3.3 冲击力分析33-34
• 3.2.3.4 坝底反力分析34-36
• 3.2.3.5 坝顶水平位移分析36
• 3.2.3.6 加速度分析36-37
• 3.2.4 能量分析37-39
• 3.2.5 参数分析39-42
• 3.3 小结42-43
• 第4章 冲击荷载作用下块体组合泥石流拦挡坝动力响应分析43-57
• 4.1 引言43
• 4.2 模型尺寸确定43
• 4.3 有限元模型的建立43-44
• 4.4 材料计算参数及本构关系44-45
• 4.5 计算结果及分析45-53
• 4.5.1 应力分析45-47
• 4.5.2 坝体结构变形分析47-49
• 4.5.3.撞击高度和速度对分块组合泥石流拦挡坝的影响49-53
• 4.6 能量分析53-55
• 4.7 小结55-57
• 第5章 分块组合泥石流拦挡坝优化设计57-71
• 5.1 引言57
• 5.2 优化方案设计57-58
• 5.3 优化后的分块组合泥石流坝体动力响应分析58-70
• 5.3.1 优化后的分块组合泥石流拦挡坝有限元模型58-59
• 5.3.2 抗冲击性能对比分析59-69
• 5.3.2.1 冲击过程及坝体变形59-61
• 5.3.2.2 Von Mises应力61-63
• 5.3.2.3 结构水平位移分析63-66
• 5.3.2.4 坝底支反力分析66-68
• 5.3.2.5 坝体加速度分析68
• 5.3.2.6 冲击力分析68-69
• 5.3.3 能量分析69-70
• 5.4 小结70-71
• 结论和展望71-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录79

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