【摘要】：考慮流固耦合的彈塑性地震動力響應(yīng)有限元分析是高土石壩研究領(lǐng)域的難點和熱點課題之一。本文從本構(gòu)模型、數(shù)值模擬和工程應(yīng)用等方面對該課題開展研究工作,綜合粗粒土彈塑性本構(gòu)模型和數(shù)值算法等方面的成果,開發(fā)了一套高效實用的高心墻堆石壩地震動力響應(yīng)分析方法和程序,并應(yīng)用于強(qiáng)震和復(fù)雜條件下的典型實際工程。論文的主要工作和成果如下:(1)建立了可以統(tǒng)一描述粗粒土靜動力特性的彈塑性本構(gòu)模型�；赑astor-Zienkiewicz III廣義塑性模型,引入臨界狀態(tài)理論和狀態(tài)參數(shù)對剪脹方程、塑性模量等進(jìn)行改進(jìn),可以統(tǒng)一描述不同狀態(tài)下土體的靜動力特性。采用豐浦砂和糯扎渡主堆石料的排水/不排水、單調(diào)/循環(huán)三軸試驗結(jié)果,對建立的本構(gòu)模型進(jìn)行了驗證,結(jié)果表明模型可以很好地反映粗粒土的靜動力特性。(2)發(fā)展了流固耦合彈塑性動力分析有限元程序,可進(jìn)行復(fù)雜條件下土工結(jié)構(gòu)物的地震動力響應(yīng)分析。引入了所建立的粗粒土靜動力統(tǒng)一彈塑性本構(gòu)模型,并采用著名的離心機(jī)振動臺試驗VELACS項目的試驗數(shù)據(jù)對開發(fā)的程序進(jìn)行了驗證。結(jié)果表明,該程序可以較好地模擬試驗結(jié)果,初步說明該程序可以有效地進(jìn)行流固耦合地震動力響應(yīng)分析。(3)開發(fā)了有限元快速求解算法,大幅提高了計算效率,可實現(xiàn)土石壩大規(guī)模三維彈塑性有限元分析。引入三維過渡等參單元提高了計算精度,改善了程序的計算穩(wěn)定性。結(jié)合土石壩有限元計算特點,研究了多種快速求解算法,大幅降低存儲需求和計算時間,使得程序可以有效地應(yīng)用于大規(guī)模三維動力分析。(4)分析了典型高心墻堆石壩強(qiáng)震復(fù)雜條件下的動力響應(yīng),驗證了所建立的本構(gòu)模型和開發(fā)的有限元程序的實用性和有效性。對于實際復(fù)雜工程的大規(guī)模計算分析,內(nèi)存需求和計算時間大幅降低,可在微機(jī)上用于自由度達(dá)30余萬的流固耦合彈塑性地震動力響應(yīng)分析。通過和等價黏彈性模型-等效線性化方法的計算結(jié)果進(jìn)行對比,說明本文開發(fā)的程序和算法可以更合理地反映心墻堆石壩的地震動力響應(yīng)特性。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TV641.41

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本文編號：2582055