心墙土石坝非饱和渗流稳定及地震响应分析

发布时间：2017-08-30 07:07

  本文关键词：心墙土石坝非饱和渗流稳定及地震响应分析

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【摘要】：土石坝是一种适用范围广泛、十分经济、能够在复杂环境下就地取材的坝型。它具有施工快速、工序简单明了、造价相对较低等特点,特别是在河床、河谷等有深厚覆盖层、地质条件差、地震频发区域等,土石坝显得尤为适合。但是,根据现在已经统计出来的资料和数据显示,在所有失事大坝中土石坝又相对其他坝型占有较大的比重。针对土石坝现在存在的各种问题还需要进一步的分析研究,以便来解决其更安全、适用、经济的问题。本文在结合云南某在建的心墙土石坝进行研究分析,结合相关的理论知识和前人总结的经验上,对土石坝进行以下几个方面的研究分析：(1)基于有限元法,对心墙土石坝在饱和/非饱和的渗流本构关系下,对坝体进行饱和/非饱和渗流研究分析。由于在非饱和条件下,浸润面以上存在基质吸力,溢流面上孔隙水压力为零,溢流面以下存在超孔隙水压力,因此考虑整个区域作为渗流计算区域；(2)基于有限元法研究坝体在各工况下的应力-应变情况,在数值计算中土石坝材料采用Mohr-Coulomb的非线性本构关系,并对分层加载的施工工序进行模拟；(3)采用时程动力分析法对该坝体进行地震响应的分析研究,其研究意义主要对于在正常水位作用和地震作用下的安全性能得到保证；(4)对某粘土心墙土石坝在填筑期、正常使用、校核洪水位、水位升降以及遭遇地震几种工况下的饱和/非饱和渗流、应力变形、边坡稳定、地震响应进行了二维的数值模拟,并对该坝体的分层填筑工序下的静力分析进行了三维模拟,并与二维的计算结果相互验证。本文所有的研究内容旨在对土石坝进行全面的安全复合,进而对粘土心墙土石坝的设计安全性和可靠性提供理论支持。本文的研究工作对于粘土心墙土石坝的安全研究不仅具有重要的学术意义,而且具有现实的工程应用前景和价值。
【关键词】：心墙土石坝 摩尔-库伦本构关系 非饱和渗流 边坡稳定 地震响应
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV641
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 粘土心墙土石坝的研究现状13-20
• 1.2.1 非饱和渗流研究现状14-16
• 1.2.2 土石坝应力应变问题研究现状16-17
• 1.2.3 边坡稳定问题研究现状17-19
• 1.2.4 土石坝动力问题研究现状19-20
• 第二章 数值模拟基本理论20-40
• 2.1 数值模拟的基本方法20
• 2.2 土石坝材料的本构模型20-25
• 2.2.1 弹塑性模型21-24
• 2.2.1.1 塑性矩阵21-23
• 2.2.1.2 屈服准则23-24
• 2.2.2 有限元方程24-25
• 2.3 应力-孔隙水压力耦合分析25-29
• 2.3.1 耦合分析有限元26-29
• 2.4 渗流基本理论29-32
• 2.4.1 引言29
• 2.4.2 达西定律29-30
• 2.4.3 渗流微分方程30-31
• 2.4.4 有限元渗流方程31-32
• 2.4.5 瞬态积分32
• 2.5 边坡稳定基本理论32-36
• 2.5.1 饱和土的安全系数32-34
• 2.5.2 负的孔隙水压力34
• 2.5.3 非饱和土的安全系数34-35
• 2.5.4 有限单元应力法35-36
• 2.6 二维地震响应研究36-38
• 2.6.1 拟静力分析36-37
• 2.6.2 动力分析法37-38
• 2.6.3 永久变形分析38
• 2.7 本章小节38-40
• 第三章 心墙土石坝实例应用分析40-48
• 3.1 工程概况40-43
• 3.2 二维有限元数值模拟43-45
• 3.2.1 有限元计算模型及计算模拟过程43-44
• 3.2.2 计算参数44-45
• 3.3 计算工况45-48
• 第四章 二维稳态计算成果48-69
• 4.1 引言48
• 4.2 施工期计算结果48-55
• 4.2.1 竣工期位移结果分析48-50
• 4.2.2 竣工期应力结果分析50-52
• 4.2.3 竣工期边坡稳定结果分析52-55
• 4.3 正常水位工况下的计算结果55-62
• 4.3.1 正常水位工况下的渗流结果分析55-56
• 4.3.2 正常水位工况渗流状态下的应力分析56-58
• 4.3.3 正常水位工况渗流状态下的位移分析58-59
• 4.3.4 正常水位工况渗流状态下的边坡稳定分析59-62
• 4.4 校核洪水位工况下的计算结果62-69
• 4.4.1 校核洪水位工况下的渗流结果分析62-63
• 4.4.2 校核洪水位工况渗流状态下的应力分析63-65
• 4.4.3 校核洪水位工况渗流状态下的位移分析65-66
• 4.4.4 校核洪水位工况渗流状态下的边坡稳定分析66-69
• 第五章 二维瞬态计算成果69-82
• 5.1 引言69
• 5.2 水位上升工况69-74
• 5.2.1 水位上升工况渗流结果分析69-73
• 5.2.2 水位上升工况边坡稳定结果分析73-74
• 5.3 水位下降工况结果分析74-77
• 5.3.1 水位下降工况渗流结果分析74-75
• 5.3.2 水位下降工况边坡稳定结果分析75-77
• 5.4 地震工况下的结果分析77-82
• 5.4.1 地震工况下应力分析77-79
• 5.4.2 地震工况下位移分析79-80
• 5.4.3 地震工况下边坡稳定分析80-82
• 第六章 三维计算成果82-88
• 6.1 有限元计算模型及计算模拟过程82-83
• 6.2 三维计算结果分析83-88
• 第七章 结论与展望88-92
• 7.1 主要研究成果与结论88-90
• 7.2 研究展望90-92
• 参考文献92-96
• 致谢96-97
• 附录A 硕士期间发表论文97-98
• 附录B 攻读硕士学位期间参与的科研项目98

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本文编号：757887