拱坝-地基系统的几何建模和基于比例边界有限元的整体分析方法研究

发布时间：2020-07-23 21:08

【摘要】：基于BIM技术高效、快捷的3维几何建模优势,以及比例边界有限元方法(SBFEM)只需对求解域边界、表面进行离散和解具有径向解析的特性,针对拱坝-地基-滑块体系统本文提出了拱坝-河谷的几何建模方法、适于SBFEM分析的网格离散和结构分析的求解策略,从而提高几何模型生成的自动化程度,减小模型离散的工作量,并且通过引入接触模型考虑坝肩潜在滑动体与基岩的相对运动实现了拱坝-地基-滑块体系统的变形、应力和稳定的统一分析,在保证精度的条件下提高了计算效率。本方法具有以下优点:借助BIM技术可准确建立拱坝、河谷表面的几何模型;由于SBFEM仅对求解子域表面进行离散,网格离散工作量小;通过比例边界有限元进行分析,将三维问题降为二维处理,降低了计算量;在拱坝结构分析的同时,可考虑滑块体与坝基间接触对拱坝坝肩稳定性的影响。本文的主要研究工作如下:⑴基于BIM技术建立了河谷表面、拱坝表面的几何模型依据地形图CAD文件使用Revit软件建立了河谷表面几何模型;根据拱坝的体形参数信息,在Revit的附加模块Dynamo中建立拱坝模型;在Revit软件中,拱坝与河谷的几何模型进行调整,形成与拱坝-地基交界面;然后将几何模型导入有限元分析软件ANSYS中,为利用ANSYS的网格剖分功能提供了表面的几何信息。(2)建立了适于SBFEM分析的离散网格模型和SBFEM静力分析部分子模块的程序开发利用已导入ANSYS软件中的拱坝和河谷表面几何信息,形成拱坝-地基系统的整体几何模型;然后,将整体模型切割形成多个比例边界有限元求解子域,并对子域表面采用2维单元进行网格离散,最终形成可用于比例边界有限元分析的子域超单元;在已有SBFEM基本程序基础上,编写了前处理、不同子域刚度阵集成、水压力荷载生成等子程序。(3)采用SBFEM方法对拱坝-地基-滑块体系统进行静力结构分析和稳定分析针对静力荷载工况,采用SBFEM方法进行了拱坝-地基-滑块体系统的整体分析,其中,通过考虑滑块体与周围岩体的接触作用,可在坝体结构分析的同时实现坝肩滑块体的稳定分析,并反映其对坝体响应的影响。对于无滑块体的拱坝-地基系统,通过和有限元法分析的结果相比,两种方法得到的位移响应基本一致。对于拱坝-地基-滑块体系统的整体分析,根据采用SBFEM方法得到的滑块体底面和侧滑面的接触状况,表明滑块体具有向河谷内部滑动的趋势,而采用刚体极限平衡法,滑块体安全系数也低于范给定的容许安全系数。分析结果初步验证了,在SBFEM方法的框架内,将滑动体和岩体相对运动作为接触问题求解,进行拱坝-地基-滑块体整体静力分析,然后根据底滑面和侧滑面的接触状态进行滑块体稳定性分析的方法是可行性的。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV642.4;TV223

【参考文献】

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本文编号：2767842