基于突变理论的重力坝抗滑稳定研究

发布时间：2017-05-09 14:16

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【摘要】：随着非线性力学的发展,对重力坝坝基抗滑稳定性分析已不再局限于采用刚体极限平衡法或者线性有限元法等方法。针对非线性有限元法,目前已经形成多种判据,典型的有收敛性判据、突变性判据等。本文采用突变模型常见的两种应用方式(即数据拟合和理论分析)从两个不同角度分别对重力坝坝基失稳这一工程问题做了研究,具体工作如下：(1)根据常见的具有单一状态变量的五种突变模型的数学和几何特性,利用数学理论得出了常见五种突变模型的分叉集的代数表达式。并基于以往的研究对具有单一状态变量的五种突变模型的合理应用提出了自己的观点和建议。(2)对传统的重力坝抗滑稳定分析方法做了简介,并对各种方法的优缺点做了理论分析。结合实际工程分别采用基于刚体极限平衡法的安全系数法、分项系数法以及非线性有限元法中的收敛性判据和突变性判据(包括位移、塑性区面积、应变能突变判据)对典型坝段进行了分析,计算分析表明应变能突变判据较其他几种判据具备一定的优越性。(3)对具有单一状态变量的五种突变模型的数值拟合方式做了初步阐述,并结合工程实例以坝基系统的应变能为失稳考察量采用五种突变模型进行了计算分析,初步得出尖点突变模型对于重力坝坝基稳定性分析具备较强适用性结论,并通过分析指出了数值拟合应用方式的不足之处。(4)采用折叠、尖点、燕尾等突变模型对考虑材料损伤的大坝坝基稳定性进行了理论分析,并与传统的刚体极限平衡法做比较,指出了刚体极限平衡法存在的不足之处,并对各种突变模型的适用性进行了分析。通过理论分析指出：不同突变模型的适用性与临界失稳点有关,其中：折叠突变模型适用于峰值点处失稳的分析；尖点突变模型适用于应力-应变曲线拐点失稳的分析；燕尾突变模型适用于u*=u3这一特征点失稳的分析。(5)采用尖点突变模型对考虑材料损伤-塑性本构的重力坝坝基两种失稳模式进行了分析,并与传统的刚体极限平衡法做比较,进一步指出了刚体极限平衡法是本文方法的特例。其中,重点讨论了材料均匀性指标m和坝基面两种材料刚度比k等因素对坝基滑动稳定性的影响,对尖点突变模型的适用性进行了分析,指出尖点突变模型将势函数展开式从四次方处截断存在一定的误差。
【关键词】：重力坝坝基 抗滑稳定 能量突变判据 折叠突变 尖点突变
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV642.3;TV223
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 突变理论在水利工程领域的应用现状11-13
• 1.2.1 突变理论在工程力学领域的应用11-12
• 1.2.2 突变理论在岩土工程的应用12
• 1.2.3 突变理论在水工结构工程中的应用12-13
• 1.3 突变理论在水工结构领域应用中存在的问题13
• 1.4 本文的主要内容13-15
• 2 突变理论及其应用简介15-20
• 2.1 初等突变理论15-17
• 2.1.1 结构稳定性15-16
• 2.1.2 初等突变和分类定理16-17
• 2.2 初等突变理论的应用方式17-18
• 2.3 初等突变理论应用中存在的问题探讨18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 3 重力坝坝基稳定性分析的常用方法20-27
• 3.1 抗滑稳定性分析的非线性有限元法20-21
• 3.1.1 坝基面渐进破坏的模拟方法20
• 3.1.2 收敛性判据20
• 3.1.3 突变性判据20-21
• 3.2 工程实例分析21-26
• 3.2.1 工程概况21
• 3.2.2 传统确定性方法计算结果21-22
• 3.2.3 非线性有限元法计算结果22-26
• 3.3 本章小结26-27
• 4 基于数值方法的重力坝失稳突变模型27-32
• 4.1 常见突变模型的数值应用方式27-29
• 4.2 工程实例分析29-31
• 4.3 本章小结31-32
• 5 基于损伤本构的重力坝失稳突变模型32-52
• 5.1 重力坝失稳破坏的简化力学模型32-33
• 5.2 重力坝坝基系统平衡方程33-34
• 5.3 峰值点处失稳的突变模型34-40
• 5.3.1 折叠突变模型对重力坝坝基稳定性的描述34-36
• 5.3.2 折叠突变模型的适用性分析36-37
• 5.3.3 其他几种突变模型的适用性分析37-40
• 5.4 拐点处失稳的突变模型40-45
• 5.4.1 尖点突变模型对重力坝坝基稳定性的描述40-43
• 5.4.2 尖点突变模型的适用性分析43-44
• 5.4.3 其他几种突变模型的适用性分析44-45
• 5.5 其他特征点处失稳的突变模型45-50
• 5.5.1 燕尾突变模型对重力坝坝基稳定性的描述45-48
• 5.5.2 燕尾突变模型的适用性分析48
• 5.5.3 其他几种突变模型的适用性分析48-50
• 5.6 本章小结50-52
• 6 基于损伤-塑性本构的重力坝失稳突变模型52-66
• 6.1 重力坝失稳破坏的简化力学模型52-53
• 6.2 重力坝失稳破坏的应变能突变判据53-54
• 6.3 系统达到极限状态的充要条件54-55
• 6.4 两种重力坝坝基面失稳模式分析55-56
• 6.5 与刚体极限平衡法的比较56-60
• 6.6 临界失稳时的能量释放量60-61
• 6.7 尖点突变模型的适用性分析61-64
• 6.8 本章小结64-66
• 7 结论与展望66-70
• 7.1 结论66-68
• 7.2 展望68-70
• 参考文献70-74
• 附录A 印第安人茅舍突变模型的分叉集74-76
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况76-77
• 致谢77-78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 陈应天;突变理论在力学中的应用[J];力学与实践;1979年03期

2 周伟,常晓林,唐忠敏,黎满林;溪洛渡高拱坝渐进破坏过程仿真分析与稳定安全度研究[J];四川大学学报(工程科学版);2002年04期

3 郑东健;雷霆;;对“基于突变理论的高拱坝失稳判据研究”讨论的答复[J];岩土工程学报;2012年05期

4 崔鹏,关君蔚;泥石流起动的突变学特征[J];自然灾害学报;1993年01期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 羌培;周文波;;利用椭圆脐点突变模型预测盾构隧道施工期地面过大沉降[A];2010’力学与工程应用学术研讨会论文集[C];2010年

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1 张贞;突变理论在土钉支护体系中的应用研究[D];西安建筑科技大学;2007年

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本文编号：352665