断层带岩体三维渗流场分析及程序设计

发布时间：2017-10-12 22:15

  本文关键词：断层带岩体三维渗流场分析及程序设计

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【摘要】：断层带岩体中往往存在大量的不连续面,包括节理、层面、片理、裂隙、断层等等,不连续岩体渗流普遍存在于人类的工程活动中,许多大坝工程的失稳破坏均与其有关,随着大型水利工程的建设和众多地下工程的开展,常常遇到规模不等的不连续岩体,其渗流影响不容忽视,自上世纪中叶开始,不连续岩体渗流一直都是国内外学者研究的热点课题之一。研究不连续岩体渗流的方法归纳起来可分为三类：物理实验法、理论分析法、数值模拟法。同其他方法相比,数值模拟方法具有成本低、速度快、可重复、程序化等优势。对不连续面的模拟方式主要可以分为三类：包括等效模型、离散模型以及混合模型。离散模拟因为考虑了每条不连续面的几何特性和物理性质,相对于等效模拟更接近于工程实际,但造成了前处理的难度。基于等效模拟和离散模拟存在的问题,本文致力于将二者融合运用。复合单元法在这方面具有特别的优势：可以考虑每条不连续面对渗流场的影响,但在前处理中却不需考虑不连续面的数量、位置等空间几何状态,而是将其置于常规有限元内部,由前处理程序自动计算获得复合单元,并形成复合单元内的若干子单元,其显著特征是每个复合单元中可以含有一组或者几组不连续面,其计算程序可以整合到常规有限元分析中。本文首先总结了不连续岩体渗流分析的模型,分六类进行了简要阐述,分析了每种模型的发展历程及其优缺点；其次总结了复合单元法在应力应变分析、渗流分析、温度场分析、动力分析等方面的研究及发展；基于复合单元法的基本原理及不连续岩体渗流复合单元法模型,编制了相应的计算程序,并对裂隙厚度的影响进行研究；将现有的复合单元法前处理程序冗杂部分进行简化,对部分不完善的地方进行修正,采用MATLAB语言重新编写复合单元法前处理程序,使其模块化,同时利用MATLAB数值计算功能,有效改善了数据的存储、读入和矩阵计算,还有效利用MALAB强大的绘图功能,增强了复合单元法的可视化功能；最后通过算例对断层带岩体复合单元法的正确性进行了验证。
【关键词】：断层带岩体 渗流场 复合单元法 程序设计
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV223.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 基本理论及研究现状11-15
• 1.2.1 不连续岩体渗流模型11-13
• 1.2.2 不连续岩体渗流数值模拟的研究进展13-15
• 1.3 本文研究内容和创新点15-17
• 1.3.1 主要研究内容15
• 1.3.2 创新点15-17
• 第2章 复合单元法的基本原理17-24
• 2.1 引言17
• 2.2 复合单元法的基本概念和原理17-18
• 2.3 复合单元法的基本方程18-19
• 2.4 复合单元法的特点19-20
• 2.5 复合单元法的研究进展和应用20-23
• 2.5.1 应力应变分析20-21
• 2.5.2 渗流分析21-22
• 2.5.3 温度场分析22
• 2.5.4 动力分析22
• 2.5.5 工程应用与验证22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第3章 断层带岩体渗流计算的复合单元法24-34
• 3.1 引言24
• 3.2 断层带岩体渗流复合单元法模型24-29
• 3.2.1 模型基本概念25-26
• 3.2.2 模型基本假定26-27
• 3.2.3 渗流基本方程27
• 3.2.4 复合单元算法27-29
• 3.3 计算程序的编制与验证29-32
• 3.4 本章小结32-34
• 第4章 断层带岩体复合单元法前处理的程序设计34-53
• 4.1 引言34
• 4.2 复合单元法前处理及过程34-35
• 4.3 前处理中的主要理论及算法35-48
• 4.3.1 整体坐标与局部坐标及其转换35-38
• 4.3.2 点和线在岩体中的位置判断38-40
• 4.3.3 点与多边形位置关系40-41
• 4.3.4 寻找复合单元41-42
• 4.3.5 任意凸块体的识别42-45
• 4.3.6 块体和面的剖分及相关几何量求解45-47
• 4.3.7 确定材料分区47-48
• 4.4 算例48-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 断层带岩体复合单元法算例验证53-71
• 5.1 算例一：含一条断层的坝体计算53-62
• 5.1.1 计算条件53
• 5.1.2 计算网格53-54
• 5.1.3 计算结果与分析54-62
• 5.2 算例二：含复杂断层的坝体计算62-70
• 5.2.1 计算条件62-63
• 5.2.2 计算网格63-65
• 5.2.3 计算结果与分析65-70
• 5.3 本章小结70-71
• 第6章 结论与展望71-73
• 6.1 结论71
• 6.2 研究展望71-73
• 参考文献73-77
• 在校期间发表的学术论文及其它成果77-78
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作78-79
• 致谢79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 何则干;倪雅茜;;赛珠水电站地下厂房工程的复合单元法研究[J];广东水利水电;2007年05期

2 胡静;复合单元法在深基坑降水井设计中的应用[J];水力发电;2005年02期

3 仵彦卿;岩体水力学基础(三)──岩体渗流场与应力场耦合的集中参数模型及连续介质模型[J];水文地质工程地质;1997年02期

4 苏培芳;陈胜宏;田甜;;混凝土水管冷却的复合单元算法[J];武汉理工大学学报;2010年24期

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本文编号：1021213