土石坝填筑运行期固液耦合非线性行为研究

发布时间：2017-12-07 10:34

本文关键词：土石坝填筑运行期固液耦合非线性行为研究

【摘要】：水利工程中,土石坝作为历史最为悠久的坝型,因其可以就地取材,对环境的适用性强,结构设计简单等优点,成为应用最为广泛,极为重要的一种坝型。对土石坝的研究问题需要深入具体,从施工期坝体的填筑,到运行期开始蓄水,或者遇到特殊情况时需要快速的将水库放空等,在这些过程中都涉及到土石坝的应力应变、渗流等问题。传统研究方法是分别进行土石坝的渗流分析、结构稳定计算,不考虑渗流场与应力场之间的相互作用问题。但随着土石坝修建高度的增加,施工期填筑过程中的应力变形对土石坝的影响越加明显,同时成为土石坝设计中要考虑的重要因素。蓄水期的渗流场与应力场之间耦合作用也逐渐成为被关注的问题。目前为止,分析研究渗流与应力问题的最有效、最精确的方法为有限元分析方法。土石坝的本构模型选择,一般使用最能全面反映土体特性本构关系的邓肯-张本构模型。本文介绍了土石坝的渗流、应力及其耦合求解问题的相应有限元方法,对其相互影响作用机理做了论述,并介绍了耦合方程的迭代求解算法的原理。本文利用ABAQUS有限元软件,使用FORTURE语言编制的邓肯-张本构模型的子程序,模拟了三轴试验的过程,将数值计算结果与试验结果进行对比分析,验证了有限元软件的二次开发是成功的,能够用来模拟土体的变形特性。然后利用ABAQUS有限元软件对土石坝采用邓肯-张本构模型,利用软件中的生死单元技术,模拟分层填筑过程,将模拟结果与实测工程结果进行分析比较,得出邓肯-张本构关系在土石坝中适用性较好。进而通过实际工程案例,模拟了土石坝分层填筑与一次性施加荷载的结果不同之处,证明分层模拟更符合实际,与一般工程实例土石坝的变形规律是一致的。在填筑完工的基础上,对土石坝的蓄水过程中渗流场与应力场的流固耦合作用进行数值模拟,得出蓄水对土石坝变形的影响。在水位极速下降时,模拟出土石坝的变形情况,坝体内浸润线的变化情况,得出由于防渗材料的作用,坝体内的浸润线下降速度,远小于水位的下降速度,上游坝体内水向上游坝面渗出的现象,水位急速下降对上游坝体的变形影响很大,对上游坝坡的稳定性是极其不利的。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV641

【参考文献】

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