基于ANSYS渗流应力场耦合作用下的重力坝深层抗滑稳定分析

发布时间：2017-04-04 08:13

  本文关键词：基于ANSYS渗流应力场耦合作用下的重力坝深层抗滑稳定分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：通常情况下，重力坝坝基岩体中大多数包含有方向各异、性质复杂的裂隙、节理和软弱结构面，如果在外力作用下这些结构面相互贯通形成滑移通路，将会导致大坝失稳破坏，危及人民群众生命财产安全。因此，分析重力坝的深层抗滑稳定性能是很有必要的。 针对重力坝深层抗滑稳定分析，大量的专家学者进行了细致广泛的讨论与研究。但是由于重力坝坝基深层抗滑稳定分析的复杂性，对于抗滑稳定计算中渗流场与应力场的相互影响至今仍未形成统一规范，故需要进一步探讨与研究重力坝深层抗滑稳定中渗流应力耦合的影响。 本文借助ANSYS有限元软件，采用弹塑性有限元强度折减法分析重力坝深层抗滑稳定中渗流应力耦合场计算。 本文的主要研究内容如下： 首先，对重力坝深层抗滑稳定和渗流应力耦合的研究现状进行梳理，在参阅大量文献资料的基础上，分析利用ANSYS软件进行渗流应力耦合的合理性和可操作性。 其次，利用ANSYS软件，建立清峪水库重力坝溢流坝段弹塑性有限元模型，，并在此基础上采用强度折减法，计算分析在单一渗流场、单一应力场以及渗流应力耦合场作用下的重力坝深层抗滑稳定安全系数计算。其中，单一渗流场作用指在不考虑渗流应力耦合作用下计算坝底扬压力，之后在应力场中以体积力的方式施加于重力坝坝体，在重力和水荷载作用下计算重力坝抗滑稳定安全系数。单一应力场作用指不考虑渗流作用，只在重力和水荷载作用下计算重力坝抗滑稳定安全系数。渗流应力耦合场作用指考虑渗流场和应力的相互作用，进行耦合迭代计算，直至收敛，之后将坝底扬压力以体积力的方式施加于重力坝坝体、将坝基渗流压力以节点力施加于坝基节点，并在重力和水荷载作用下计算重力坝抗滑稳定安全系数。 最后，通过分析各个场作用下坝体坝基应力应变和抗滑稳定安全系数，得到渗流应力耦合对重力坝深层抗滑稳定的影响。 本文基于ANSYS软件考虑渗流应力场耦合作用下的重力坝深层抗滑稳定分析，对比分析得到清峪水库重力坝抗滑稳定安全系数为2.6，渗流应力耦合下重力坝深层抗滑稳定安全系数比单一应力场下偏小的结论，安全系数计算成果具有工程参考价值，分析方法和结论具有理论研究意义。
【关键词】：重力坝 深层抗滑稳定 渗流应力耦合 有限元法
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV642.3;TV223
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 概述11-13
• 1.1.1 重力坝深层抗滑稳定问题11-12
• 1.1.2 重力坝深层抗滑稳定分析方法12
• 1.1.3 渗透压力12-13
• 1.2 课题研究的背景和意义13-14
• 1.3 国内外研究现状14-20
• 1.3.1 重力坝深层抗滑稳定分析研究现状14-18
• 1.3.2 渗流研究现状18-19
• 1.3.3 渗流场与应力场的耦合研究现状19-20
• 1.3.4 扬压力施加方式研究现状20
• 1.4 本论文主要内容、拟解决的主要科学技术问题及技术路线20-23
• 1.4.1 主要内容20-21
• 1.4.2 拟解决的主要科学技术问题21
• 1.4.3 技术路线21-23
• 第二章 渗流基本理论23-35
• 2.1 渗流的基本概念23-24
• 2.2 渗流的基本方程24-31
• 2.2.1 达西定律24-25
• 2.2.2 连续性方程25-27
• 2.2.3 渗流的基本微分方程27-30
• 2.2.4 基本微分方程的定解条件30-31
• 2.3 渗流方程与热方程的相似性31-35
• 2.3.1 基本理论相似31-32
• 2.3.2 微分方程相似32-33
• 2.3.3 初始条件与边界条件的相似33-35
• 第三章 渗流应力耦合理论35-45
• 3.1 渗流场对应力场的影响机理35-37
• 3.1.1 渗流体积力35-36
• 3.1.2 渗流体积力转化成单元结点的外荷载36-37
• 3.2 应力场对渗流场的影响机理37-41
• 3.3 渗流场和应力场耦合分析的连续介质模型41-42
• 3.4 耦合分析的有限元方法和步骤42-45
• 3.4.1 耦合分析的方法42-43
• 3.4.2 耦合分析的步骤43-45
• 第四章 ANSYS 有限元45-57
• 4.1 有限元法概述45-49
• 4.1.1 有限元的发展和基本思想45-46
• 4.1.2 有限元法的基本步骤46-49
• 4.2 ANSYS 有限元简介49
• 4.3 ANSYS 分析类型49-50
• 4.4 ANSYS 分析基本过程50-53
• 4.4.1 建立有限元模型51-52
• 4.4.2 加载求解52-53
• 4.4.3 查看求解结果53
• 4.5 ANSYS 耦合场分析53-56
• 4.5.1 直接方法53-54
• 4.5.2 荷载传递分析54-55
• 4.5.3 直接方法和荷载传递55
• 4.5.4 其他分析方法55-56
• 4.6 ANSYS 有限元强度折减法56-57
• 第五章 工程实例57-83
• 5.1 清峪水库重力坝57-59
• 5.1.1 工程概况57
• 5.1.2 自然条件和水文主要成果57-58
• 5.1.3 工程地质条件58
• 5.1.4 工程总体布置58-59
• 5.1.5 主要工程量及工程投资59
• 5.2 单一渗流场作用59-68
• 5.2.1 扬压力计算59-62
• 5.2.2 扬压力施加62
• 5.2.3 稳定计算62-65
• 5.2.4 稳定分析65-68
• 5.3 单一应力场作用68-73
• 5.3.1 应力场计算68-70
• 5.3.2 稳定计算70
• 5.3.3 稳定分析70-73
• 5.4 渗流应力耦合作用73-81
• 5.4.1 扬压力计算73-75
• 5.4.2 应力场计算75-78
• 5.4.3 稳定计算78
• 5.4.4 稳定分析78-81
• 5.5 结论81-83
• 第六章 总结与展望83-85
• 6.1 总结83
• 6.2 展望83-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-91
• 攻读硕士学位期间公开发表的学术论文91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：285201