氧化镁混凝土重力坝施工期与运行期数值模拟研究

发布时间：2017-03-30 09:24

  本文关键词：氧化镁混凝土重力坝施工期与运行期数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氧化镁混凝土具有良好的自生体积变形性能,能够有效控制大体积混凝土温度裂缝的产生。而在已有筑坝实例中,主要将拱坝作为仿真模拟对象,对于重力坝的仿真分析较少。为此,本课题将运用有限元软件,仿真计算氧化镁混凝土重力坝,对模拟结果进行对比与分析,为重力坝的设计与施工提供帮助。本课题以秦皇岛桃林口水库为模拟对象,坝体尺寸及环境变量依照原有资料进行设置,最大程度保证模拟的可靠性与真实性。模拟内容分为施工期与运行期两部分。施工期阶段,对挡水坝段温度场与应力场进行仿真计算。在温度场模拟中,采用生死单元技术模拟坝体施工过程,编写子程序形成专用软件对水泥水化生热、空气对流传热等因素进行设置。在应力场模拟中,编辑子程序实现对随龄期与温度变化的膨胀率的设置。将温度场计算结果导入应力场中,以顺序耦合方式计算坝体施工过程中的温度应力。运行期阶段,对溢流坝段温度场与渗流场进行仿真计算。对于温度场,考虑库水温度、空气温度、太阳辐射等因素的影响。对于渗流场,施加孔隙水压力进行坝体渗流分析,并采用子模型技术局部分析坝踵排水孔渗流情况,采用自定义单元子程序法与常规有限元法分别进行计算,并将结果进行对比。主要结果与结论有:施工期温度场中,坝体温度应力最大值产生于坝踵部位,值为1.06MPa。通过将掺与未掺氧化镁两种模型的计算结果进行对比,发现氧化镁混凝土应力补偿效果较好,能够有效控制温度裂缝的产生,而对于氧化镁坝体中未使用氧化镁混凝土的部分,其应力反而有所增加,应采取温控措施进行调整,在实际工程中应予以重视。运行期渗流场计算中,最大孔压出现于坝踵部位,值为0.76MPa。在子模型局部分析中,通过对比,确定子程序方法的可行性,可将其应用到较为复杂的模拟中,为今后的仿真分析提供基础。
【关键词】：氧化镁 混凝土重力坝 温度应力 渗流 顺序耦合 子模型 子程序
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV642.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题的提出与研究意义10-11
• 1.2 国内外相关方向研究现状11-12
• 1.3 氧化镁混凝土相关概念12-14
• 1.4 重力坝概述14-17
• 1.4.1 大体积混凝土温度应力计算意义15
• 1.4.2 重力坝材料及构造设置方案15-16
• 1.4.3 重力坝温度效应16-17
• 1.4.4 溢流重力坝17
• 1.5 本文研究的主要内容17-19
• 第二章 氧化镁混凝土膨胀原理及数值模拟19-23
• 2.1 引言19
• 2.2 氧化镁混凝土应力场有限单元法19-20
• 2.3 氧化镁混凝土膨胀原理20-22
• 2.3.1 氧化镁混凝土自生体积变形20-21
• 2.3.2 当量龄期法21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 氧化镁混凝土温度效应原理23-28
• 3.1 引言23
• 3.2 施工期温度效应原理23-25
• 3.2.1 水泥水化热23-25
• 3.2.2 日照温升25
• 3.2.3 对流传热25
• 3.3 运行期库水温度计算原理25-27
• 3.4 本章小结27-28
• 第四章 混凝土塑性损伤模型及孔压渗流原理28-35
• 4.1 引言28
• 4.2 混凝土塑性损伤模型28-31
• 4.2.1 塑性损伤模型相关概念28-30
• 4.2.2 混凝土塑性损伤本构曲线30-31
• 4.2.3 模型屈服条件31
• 4.2.4 模型数值计算31
• 4.3 渗流原理31-34
• 4.3.1 渗流研究的主要内容32
• 4.3.2 渗流基本定律32-33
• 4.3.3 混凝土渗流概述33-34
• 4.4 本章小结34-35
• 第五章 桃林口水库施工期仿真模拟35-57
• 5.1 引言35
• 5.2 桃林口水库施工期工程概况35-38
• 5.2.1 秦皇岛环境温度概况36-37
• 5.2.2 挡水坝段尺寸37
• 5.2.3 材料布置37-38
• 5.2.4 施工流程安排38
• 5.3 施工期温度场仿真计算38-41
• 5.3.1 挡水坝段模型及有限元模型39-40
• 5.3.2 氧化镁混凝土水化生热数值模拟应用40
• 5.3.3 对流传热边界条件模拟40
• 5.3.4 稳态场的热传导问题40-41
• 5.4 施工期应力场仿真计算41-46
• 5.4.1 材料设置42-43
• 5.4.2 氧化镁混凝土自生体积变形率仿真模拟43-44
• 5.4.3 氧化镁混凝土膨胀率子程序验证44
• 5.4.4 温度应力计算准则44-45
• 5.4.5 混凝土塑性损伤模型确定45-46
• 5.5 温度场计算结果提取与分析46-51
• 5.6 温度应力耦合计算结果提取与分析51-55
• 5.7 本章小结55-57
• 第六章 桃林口水库运行期仿真模拟57-75
• 6.1 引言57
• 6.2 子模型技术57-58
• 6.3 运行期温度场仿真计算58-61
• 6.3.1 仿真模型及有限元模型59-60
• 6.3.2 工程环境及材料设置60
• 6.3.3 库水温度计算60-61
• 6.4 运行期流固耦合仿真计算61-67
• 6.4.1 模型及材料布置62
• 6.4.2 非饱和渗流问题中的边界条件62-63
• 6.4.3 耦合问题概述63
• 6.4.4 排水孔局部渗流自定义单元设计63-66
• 6.4.5 溢流坝段渗流场计算66-67
• 6.5 温度场模拟结果分析67-69
• 6.6 应力场及渗流场模拟结果分析69-73
• 6.6.1 静水压力作用下温度应力模拟结果提取与分析69-71
• 6.6.2 温度场与渗流场顺序耦合模拟结果提取与分析71-72
• 6.6.3 排水口子模型计算结果提取与分析72-73
• 6.7 本章小结73-75
• 第七章 结论与展望75-76
• 7.1 结论75
• 7.2 展望75-76
• 参考文献76-79
• 在学研究成果79-80
• 致谢80

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