无限元在超深厚覆盖层坝基动力分析中的应用

发布时间：2020-02-14 00:26

【摘要】：基于ABAQUS软件平台进行二次开发,开展了基于无限元-有限元耦合的超深厚覆盖层坝基动力仿真模拟,初步探讨了强震区超深厚覆盖层坝基地震波传播过程与坝基-坝体动力反应特性。文中首先介绍了ABAQUS无限元计算时地震波的施加方法,其次给出了数值模型网格与相应的计算参数,最后通过计算得到了深厚覆盖层坝基及上覆坝体的加速度、动位移、动应力等动变量的发展历程。研究结果定性地捕捉到超深厚覆盖层坝基及上覆坝体中地震加速度传播过程与变形发展过程,直观反映了软弱土层的隔振作用,为研究超深厚覆盖层坝基动力反应提供了一条新思路。
【图文】：

坝基应力影响范围的大小来确定近场区域。动力分析则缺乏划分依据，会造成以下两种后果:①近域坝基选取范围过大，造成地基的刚度矩阵计算规模庞大，耗时耗力，计算效率低，且对计算精度提高不大;②近域坝基范围选取过小，不能充分体现坝基对坝体动力特性的影响，且远域对近域的作用也不可忽略［9］。文献［10］中指出，有限元地基范围以结构物出发的发射波在地基内充分衰减被吸收的距离为界，认为这个距离是从地基底面到基底面深度的3～4倍。本文建立的大坝/坝基有限元－无限元耦合模型考虑了以上建模原则，如图1所示。其中，大坝高150m，坝基覆盖层深度为500m。覆盖层具有物质组成和层次结构复杂，厚度、埋深及分布不均一等特点。根据河床覆盖层成因类型、时代和沉积建造，河床覆盖层从老到新大致分为4层，自下而上分别为①、②、③、④层(分布与材料参数详见下文)，其中第①、②、④层为粗粒土层，成因类型分别为冰水与冰积堆积、冲洪积和冲积沉积，具有承载力较高，变形模量大、低压缩特性;第③层为细粒土层，为河湖相沉积，，根据组成物质差异，第③层可进一步划分为3个亚层，自下而上分别为③-1、③-2和③-3层，其中③-1、③-3层为含砾中粗砂层，具有承载力较低，变形模量较小，低压缩特性，③-2层为粉质黏土层，承载力低，变形模量小，中～高压缩特性。③层物理力学特性差，也是本文研究的重点。因首次尝试应用该方法计算超深厚覆盖层坝基的动力反应，旨在通过初步探索定性分析深厚覆盖层坝基及坝体内部地震波的传播规律以及坝体的动力响应特性，所以不追求网格的精细化，原则是重点坝体及坝体附近区域网格密一些，靠近覆盖层的边界(即无限元)的区域网格划分逐渐变粗，远域部分采用无限元单元。图1有限元-无限元

，承载力低，变形模量小，中～高压缩特性。③层物理力学特性差，也是本文研究的重点。因首次尝试应用该方法计算超深厚覆盖层坝基的动力反应，旨在通过初步探索定性分析深厚覆盖层坝基及坝体内部地震波的传播规律以及坝体的动力响应特性，所以不追求网格的精细化，原则是重点坝体及坝体附近区域网格密一些，靠近覆盖层的边界(即无限元)的区域网格划分逐渐变粗，远域部分采用无限元单元。图1有限元-无限元耦合模型单元网格Fig．1Finiteandinfiniteelementmesh2．2材料参数计算模型采用线弹性。将坝基剖分为8层(如图2所示)，由下向上依次为:第1、2层为覆盖层①、第3、4层为覆盖层②、第5层为覆盖层③-1、第6层为覆盖层③-2、第7层为覆盖层③-3、第8层为覆盖层④，其中③层为软弱土层。坝体全部为堆石材料。由邓肯-张E-ν模型进行静力计算，可以得到覆盖层各材料的弹性模量和泊松比，作为无限元计算参数。各材料对应的计算参数如表1。图2材料分区Fig．2Materialpartition表1材料参数表Table1Materialparameters材料弹性模量/MPa泊松比密度/(g·cm－3)覆盖层①1500．382．25覆盖层②1300．401．96覆盖层③-1600．342．28覆盖层③-2500．342．112017年第6期邵磊，等:无限元在超深厚覆盖层坝基动力分析中的应用1539

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本文编号：2579302