發(fā)布時(shí)間：2018-02-27 19:29

  本文關(guān)鍵詞： 土石壩 極限抗震能力 穩(wěn)定性 極限分析　出處：《大連理工大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：汶川大地震之后,國(guó)家加強(qiáng)了水電工程的抗震防震工作�！端姽こ谭勒鹂拐鹧芯吭O(shè)計(jì)及專題報(bào)告編制暫行規(guī)定》指出,對(duì)特別重要的擋水建筑物,除滿足設(shè)計(jì)及校核地震工況下大壩抗震安全性要求外,還應(yīng)研究極限抗震能力。目前,我國(guó)對(duì)土石壩極限抗震能力的研究尚處于起步階段,其分析方法尚不成熟,發(fā)展一些更有效的土石壩極限抗震能力分析方法,具有較高的理論價(jià)值和實(shí)際工程意義。 分析實(shí)際震害資料及現(xiàn)有研究成果發(fā)現(xiàn),壩坡抗震穩(wěn)定是影響土石壩極限抗震能力的最關(guān)鍵問(wèn)題之一。因此,土石壩壩坡穩(wěn)定的極限抗震能力分析是研究的重點(diǎn)問(wèn)題之一。 極限分析是塑性力學(xué)的重要內(nèi)容,它通過(guò)直接分析結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài),并根據(jù)上、下限定理計(jì)算與之相對(duì)應(yīng)的極限荷載,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地基承載力、土坡穩(wěn)定等巖土工程問(wèn)題中。因此,本文主要采用塑性極限分析方法對(duì)土石壩抗震穩(wěn)定的極限能力進(jìn)行研究,主要內(nèi)容如下： (1)基于極限分析上限定理,提出了一種分析土石壩抗震穩(wěn)定極限能力的新方法。該方法首先將壩坡滑動(dòng)體劃分為若干水平土條,計(jì)算各滑動(dòng)土條的外功率與內(nèi)能耗散率,然后通過(guò)功能平衡方程,利用優(yōu)化算法確定土石壩抗震穩(wěn)定的極限能力。采用水平條分可避免以往豎向條分對(duì)地震慣性力計(jì)算的不精確問(wèn)題。此外,本文將素土和筋材內(nèi)能耗散率分開(kāi)考慮,以評(píng)估加筋土石壩的抗震穩(wěn)定極限能力及不同加筋方式對(duì)大壩極限抗震能力的提高。 (2)基于極限分析下限定理,同時(shí)考慮了堆石料內(nèi)摩擦角較大以及抗剪強(qiáng)度具有非線性的特性,發(fā)展了一個(gè)用于求解土石壩抗震穩(wěn)定極限能力的有限元計(jì)算方法。該方法通過(guò)靜力平衡條件、應(yīng)力間斷面連續(xù)條件、邊界條件、屈服條件以及所求極限荷載,形成標(biāo)準(zhǔn)的二次錐規(guī)劃數(shù)學(xué)模型,并用內(nèi)點(diǎn)法進(jìn)行優(yōu)化求解,得到土石壩壩坡極限抗震能力的下限值。根據(jù)下限值可估計(jì)土石壩壩坡抗震穩(wěn)定極限能力的最低值,以評(píng)價(jià)土石壩的抗震安全性。計(jì)算中沒(méi)有對(duì)屈服函數(shù)進(jìn)行線性化處理,因而消除了由此帶來(lái)的誤差。 (3)采用六節(jié)點(diǎn)三角形單元及二次錐規(guī)劃,本文提出了土石壩抗震穩(wěn)定極限能力的上限有限元法。上限極限分析由于構(gòu)建的是運(yùn)動(dòng)許可速度場(chǎng),因而在計(jì)算中無(wú)法較好地考慮堆石料強(qiáng)度的非線性特性。將二次錐規(guī)劃數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為其對(duì)偶問(wèn)題的靜力形式,并迭代求解極限狀態(tài)時(shí)土體各點(diǎn)的等效線性剪切強(qiáng)度參數(shù),解決了有限元上限分析考慮非線性強(qiáng)度問(wèn)題。此外,為了考慮孔隙水壓力作用,本文還將滲透孔隙水壓力以外力的形式出現(xiàn)在功能平衡方程中。與三節(jié)點(diǎn)三角形單元相比,采用六節(jié)點(diǎn)單元的上限法具有較高的計(jì)算精度,其計(jì)算結(jié)果不依賴于網(wǎng)格密度。 通過(guò)土石壩坡抗震穩(wěn)定極限能力的上限法與下限法分析,可確定大壩壩坡極限抗震能力的上、下限值,進(jìn)而可判斷大壩的抗震安全性。 (4)根據(jù)土石壩抗震穩(wěn)定性問(wèn)題的特點(diǎn),運(yùn)用有限元超載法對(duì)土石壩抗震穩(wěn)定的極限能力進(jìn)行了分析,研究了失穩(wěn)判據(jù)、屈服準(zhǔn)則、流動(dòng)法則及有限單元類型與尺寸的選取對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。
[Abstract]:After the Wenchuan earthquake , the state has strengthened the anti - seismic and anti - seismic work of the hydropower project . In addition to meeting the seismic safety requirements of the dam under the design and check seismic conditions , it is pointed out that the research on the limit seismic capacity of the earth - rock dam is still in the initial stage , and the analysis method is not mature enough to develop some more effective methods for seismic capacity analysis of earth - rock dams , which have higher theoretical value and practical engineering significance . It is found that the seismic stability of the dam slope is one of the most critical issues affecting the seismic capacity of the earth - rock dam . Therefore , the limit seismic capacity analysis of the slope stability of the earth - rockfill dam is one of the key problems in the study . The ultimate analysis is an important part of plastic mechanics , and the ultimate load corresponding to it is calculated according to the upper and lower limit theorems , which has been widely used in geotechnical engineering problems such as foundation bearing capacity and soil slope stability . Therefore , this paper mainly adopts plastic limit analysis method to study the limit ability of seismic stability of earth - rock dam . The main contents are as follows : ( 1 ) Based on the limit analysis upper limit theorem , a new method for analyzing the seismic stability limit capacity of earth - rock dams is presented . First , the dam slope sliding body is divided into several horizontal soil strips , the outer power and the inner energy dissipation rate of each sliding soil strip are calculated , then the limit capacity of the earth - rock dam is determined by using the optimization algorithm . ( 2 ) Based on the limit analysis lower limit theorem , a finite element method for solving the seismic stability limit capacity of earth - rock dams is developed by considering the characteristics of large internal friction angle and non - linearity of shear strength . ( 3 ) The upper limit finite element method for seismic stability limit of earth - rock dams is proposed by using six - node triangle unit and twice cone programming . The upper and lower limits of the seismic capacity of the dam slope limit can be determined by the upper limit method and the lower limit method of the limit capacity of the anti - seismic stability of the earth - rock dam slope , and then the seismic safety of the dam can be judged . ( 4 ) According to the characteristics of anti - seismic stability of earth - rock dam , the limit capacity of seismic stability of earth - rock dam is analyzed by finite element method , and the influence of instability criterion , yield criterion , flow rule and the selection of finite element type and size on the calculation results are studied .

【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TV641;TV312

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1544016