本文關(guān)鍵詞：基于流固耦合分析下分區(qū)土石壩優(yōu)化研究

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【摘要】：土石壩是壩工中重要的壩型之一。它具有就地取材、施工簡(jiǎn)單、工期短、造價(jià)低,節(jié)約大量水泥、鋼材,在較差的地質(zhì)條件中適應(yīng)性強(qiáng),安全性能好等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)內(nèi)外被廣泛采用。目前,土石壩的設(shè)計(jì)大多采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,其優(yōu)化設(shè)計(jì)仍處在經(jīng)驗(yàn)階段,設(shè)計(jì)理論也在進(jìn)一步成熟過(guò)程中。為探討土石壩最優(yōu)壩料分區(qū)方案及斷面尺寸,根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理,對(duì)土石壩壩體設(shè)置不同分區(qū)并制定材料配置方案,運(yùn)用ANSYS對(duì)各方案進(jìn)行流固耦合分析以及壩坡穩(wěn)定分析,通過(guò)分析試驗(yàn)結(jié)果討論壩料的配置規(guī)律,根據(jù)此規(guī)律得到最優(yōu)分區(qū)方案,再對(duì)該方案進(jìn)行壩體斷面尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì),在滿(mǎn)足壩體安全及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的前提下,得到既能夠充分發(fā)揮壩料作用又可以節(jié)省工程造價(jià)的最終優(yōu)化方案,主要工作內(nèi)容如下:(1)通過(guò)ANSYS建立土石壩二維有限元模型,并編譯相應(yīng)的APDL命令流對(duì)其進(jìn)行二維滲流—應(yīng)力場(chǎng)耦合分析,在耦合分析基礎(chǔ)上通過(guò)強(qiáng)度折減法對(duì)二維土石壩模型進(jìn)行壩坡穩(wěn)定分析,從而獲得土石壩模型的滲流量、逸出點(diǎn)位置以及邊坡穩(wěn)定系數(shù)等數(shù)據(jù),為后續(xù)優(yōu)化過(guò)程提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。(2)針對(duì)某土石壩工程,考慮對(duì)壩體進(jìn)行分區(qū)且各分區(qū)采用相同或不同壩體材料,根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)法,設(shè)置不同分區(qū)及壩體材料配置方案。針對(duì)各方案進(jìn)行二維滲流-應(yīng)力場(chǎng)耦合分析以及壩坡穩(wěn)定分析,通過(guò)分析結(jié)果對(duì)壩料分區(qū)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,選擇既可以滿(mǎn)足壩體應(yīng)力變形要求,保證滲流穩(wěn)定要求,也可以節(jié)省工程造價(jià)的方案,從而達(dá)到合理配置各個(gè)分區(qū)土質(zhì)材料以及安全經(jīng)濟(jì)的目的。(3)土石壩的斷面優(yōu)化設(shè)計(jì),則是在分區(qū)優(yōu)化結(jié)果以及斷面初步設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上,按規(guī)范要求及某一特定目標(biāo)根據(jù)土石壩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力情況,建立優(yōu)化模型,在結(jié)構(gòu)性態(tài)分析的基礎(chǔ)上,應(yīng)用ANSYS優(yōu)化模塊對(duì)上述斷面進(jìn)行優(yōu)化,從而探討壩體最優(yōu)的結(jié)構(gòu)尺寸,建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型并從一系列的可能方案中自動(dòng)搜索出最安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的斷面形式。有利于節(jié)省人才物力,提高設(shè)計(jì)水平。優(yōu)化結(jié)果表明,壩體兩側(cè)和壩底區(qū)域配置強(qiáng)度高的材料,壩體中心區(qū)域配置防滲性能好的材料,壩體靠近下游側(cè)區(qū)域配置透水性好的材料,由此規(guī)律得到的優(yōu)化分區(qū)方案較傳統(tǒng)壩型能夠更充分地發(fā)揮壩體材料防滲和抗滑穩(wěn)定作用。該方法克服了以往依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)給出分區(qū)的設(shè)計(jì)缺陷,對(duì)今后土石壩設(shè)計(jì)提供了新的思路。
【關(guān)鍵詞】：土石壩 流固耦合分析 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 壩料分區(qū) 優(yōu)化設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TV641
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 研究目的和意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史與現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 土石壩滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的耦合研究11-13
• 1.2.2 壩體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究13-14
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線14-17
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容14-15
• 1.3.2 技術(shù)路線15-17
• 1.4 本章小結(jié)17-18
• 第二章 土石壩流固耦合分析研究18-29
• 2.1 滲流場(chǎng)對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的影響機(jī)理18
• 2.2 應(yīng)力場(chǎng)對(duì)滲流場(chǎng)的影響機(jī)理18-19
• 2.3 滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合分析的連續(xù)介質(zhì)模型19-20
• 2.4 雙場(chǎng)耦合分析的有限元方法及步驟20-21
• 2.5 耦合分析在ANSYS中的實(shí)現(xiàn)21-24
• 2.5.1 滲流計(jì)算的ANSYS模擬21-22
• 2.5.2 應(yīng)力計(jì)算的ANSYS模擬22-23
• 2.5.3 耦合方程迭代步驟23-24
• 2.6 算例24-28
• 2.7 本章結(jié)論28-29
• 第三章 基于強(qiáng)度折減法土石壩邊坡穩(wěn)定研究29-34
• 3.1 強(qiáng)度折減法的理論背景29-30
• 3.2 屈服準(zhǔn)則和流動(dòng)法則30
• 3.3 壩坡臨界破壞評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)30-31
• 3.4 強(qiáng)度折減法在ANSYS中的實(shí)現(xiàn)31-32
• 3.5 算例32-33
• 3.6 本章結(jié)論33-34
• 第四章 基于正交試驗(yàn)土石壩分區(qū)優(yōu)化研究34-53
• 4.1 正交試驗(yàn)的原理及特點(diǎn)34
• 4.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法34-35
• 4.3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析方法35
• 4.3.1 極差分析法35
• 4.3.2 方差分析法35
• 4.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法在土石壩分區(qū)優(yōu)化中的應(yīng)用35-52
• 4.4.1 算例分析36-37
• 4.4.2 壩料配置設(shè)計(jì)方案的正交試驗(yàn)安排37-38
• 4.4.3 各試驗(yàn)方案滲流-應(yīng)力場(chǎng)耦合計(jì)算與邊坡穩(wěn)定計(jì)算38-46
• 4.4.4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析46-51
• 4.4.5 最終分區(qū)結(jié)果51-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第五章 土石壩斷面尺寸優(yōu)化53-65
• 5.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念53-54
• 5.1.1 設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)、約束條件53-54
• 5.1.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型54
• 5.2 優(yōu)化算法54
• 5.3 土石壩斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)54-56
• 5.4 算例56-64
• 5.4.1 斷面優(yōu)化數(shù)學(xué)模型57-59
• 5.4.2 ANSYS優(yōu)化過(guò)程59-62
• 5.4.3 ANSYS優(yōu)化成果62-64
• 5.5 本章小結(jié)64-65
• 第六章 結(jié)論及展望65-67
• 6.1 結(jié)論65-66
• 6.2 展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 致謝70-71
• 作者簡(jiǎn)介71

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 孫德勝;高心墻堆石壩壩料分區(qū)優(yōu)化研究[D];大連理工大學(xué);2007年

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本文編號(hào)：1063327