粘弹性人工边界在尾矿库动力稳定分析中的应用

发布时间：2017-07-18 09:32

  本文关键词：粘弹性人工边界在尾矿库动力稳定分析中的应用

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【摘要】：尾矿库是一种高势能的危险源,尾矿库的震害可能导致灾难性的后果。散射问题中外行波远域能量逸散效应是影响尾矿库坝体动力响应的重要因素。在地震作用下,边界条件类型的选择对动力响应计算结果有较大影响。因此,进行粘弹性人工边界在尾矿库动力响应的相关研究,对于更深入研究坝体动力稳定分析有重要意义。文中主要进行了以下研究工作:(1)首先,总结尾矿库稳定分析、粘弹性人工边界的基本情况及研究现状。其次,介绍了粘弹性人工边界的二维、三维公式推导及粘弹性人工边界单元等效参数的计算公式。并在ABAQUS中实现了等效粘弹性人工边界,通过经典算例(经典的Lamb问题)验证,表明等效粘弹性人工边界具有良好的计算精度,可以较好的模拟散射问题中外行波远域能量逸散效应。最后,介绍了尾矿坝动力分析理论,并基于ABAQUS二次开发,实现了尾矿砂材料等效线性粘性本构。(2)根据某平地型尾矿库勘察资料建立二维模型,通过ABAQUS渗流计算获取尾矿库的浸润线位置和震前应力状态。(3)分别采用粘弹性人工边界和固定边界进行尾矿库动力响应计算,对比分析监测点的水平向加速度、水平向位移、大动主应力、动剪应力和整体应变能随时间变化的规律。通过以上研究得出以下主要结论:(1)边界类型对地震作用下尾矿库动力响应计算结果有较大的影响,相对于固定边界,使用粘弹性人工边界时,尾矿库坝体动力响应最大值减小了15%~25%,表明模拟地震过程中粘弹性人工边界起到了吸收能量的作用;在地震开始后0~4 s左右,粘弹性人工边界的耗能作用不明显,尾矿库动力响应时程曲线幅值很接近,这是由于尾矿库体积很大,地震作用初期,尾矿库粘弹性人工边界吸收散射波源向外部无限域辐射能量较少。(2)粘弹性人工边界在尾矿库动力响应的应用中R取值空间较大,具有良好的鲁棒性。(3)地基的动弹性模量与K2成正相关,K2值越大,即地基的柔度越小,尾矿库地基中动剪应变越小,造成粘弹性人工边界吸收能量越小,尾矿库的动剪应力的降幅就越小。
【关键词】：ABAQUS 粘弹性人工边界 固定边界 尾矿坝 动力响应
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD926.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 论文研究意义12-13
• 1.4 本文主要的研究内容13-15
• 第二章 粘弹性人工边界尾矿库动力分析理论基础15-32
• 2.1 动力边界理论15-25
• 2.1.1 粘弹性人工边界15
• 2.1.2 国内外研究现状15-16
• 2.1.3 粘弹性人工边界推导16-22
• 2.1.4 等效粘弹性人工边界参数22-23
• 2.1.5 粘弹性人工边界算例验证23-25
• 2.2 动力平衡方程25-30
• 2.3 沈珠江模型30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 尾矿库渗流分析32-39
• 3.1 ABAQUS有限元软件简介32
• 3.2 尾矿库工程概况32-34
• 3.2.1 库区自然气象条件33
• 3.2.2 库区工程地质条件33
• 3.2.3 库区水文地质条件33-34
• 3.2.4 尾矿库设计概况34
• 3.3 尾矿库渗流模型的建立34-36
• 3.3.1 尾矿库渗流模型34-35
• 3.3.2 尾矿库渗流参数选取35-36
• 3.4 尾矿库渗流计算及分析36-38
• 3.4.1 尾矿库浸润线位置36
• 3.4.2 尾矿库应力计算结果36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 尾矿库的非线性动力分析39-66
• 4.1 尾矿库动力分析模型的建立39-46
• 4.1.1 尾矿库动力响应分析具体步骤39-40
• 4.1.2 尾矿库动力模型示意图40
• 4.1.3 尾矿库动力参数选取40-41
• 4.1.4 地震波的输入41
• 4.1.5 尾矿库动力分析边界条件设置41-42
• 4.1.6 粘弹性人工边界的物理意义及实现方法42-43
• 4.1.7 尾矿坝模态分析和频率的提取43-44
• 4.1.8 ABAQUS等效线性粘性模型的二次开发44-45
• 4.1.9 尾矿库监测点布置45-46
• 4.2 尾矿库动力响应边界效应分析46-64
• 4.2.1 粘弹性人工边界条件下动剪应变结果分析46-48
• 4.2.2 粘弹性人工边界条件下动剪应力结果分析48-51
• 4.2.3 粘弹性人工边界和固定边界尾矿库动力响应计算及分析51-54
• 4.2.4 不同R工况下粘弹性人工边界尾矿库动力响应计算及分析54-61
• 4.2.5 不同K2工况下两种边界尾矿库动力响应计算及分析61-64
• 4.3 本章小结64-66
• 第五章 结论与展望66-68
• 5.1 结论66-67
• 5.2 展望67-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-73
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文73

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本文编号：557103