【摘要】：混凝土面板堆石壩已成為當前高壩大庫的首選壩型。在世界各國水力水電資源開發(fā)進程中發(fā)揮了重要作用,國內(nèi)外許多專家學者都肯定了其良好的發(fā)展前景,發(fā)展至今,無論在數(shù)量和高度上都明顯增加,目前正向300m級高度發(fā)展。而面板堆石壩主要工程問題是壩體應力應變過大以及應力應變過大帶來面板、接縫止水結(jié)構(gòu)的破損,從而帶來滲漏量過大,甚至滲透或沖蝕破壞的問題,影響面板和壩體的正常運行;除此之外,可靠度計算與隨機有限元的結(jié)合在壩坡和壩體可靠度中的應用,是目前壩體和壩坡可靠度理論發(fā)展的趨勢。因此,本文通過考慮材料參數(shù)的空間變異性,將隨機有限元方法(SFEM)引入面板堆石壩應力應變計算,建立了基于MSC.Marc二次開發(fā)的面板堆石壩非侵入式隨機有限元方法(NSFEM);為了更加科學全面地評估面板堆石壩的安全性態(tài),將隨機場理論與可靠度方法相結(jié)合,開發(fā)了基于隨機有限元應力應變計算值的壩體點可靠度及抗剪破壞概率計算方法,并開發(fā)了基于Geostudio的壩坡穩(wěn)定隨機可靠度計算方法。主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)進行基于MSC.Marc二次開發(fā)的混凝土面板堆石壩NSFEM方法開發(fā)首先,基于MSC.Marc進行堆石料E-B本構(gòu)模型的二次開發(fā),并結(jié)合有限元分析結(jié)果以驗證二次開發(fā)的正確性;其次,在此基礎上進行材料參數(shù)的隨機場模擬,并進行“非侵入式”的開發(fā);最后,將所開發(fā)方法應用到工程實例中,分析比較考慮材料參數(shù)空間變異性前后的面板堆石壩應力應變規(guī)律的異同。(2)研究材料參數(shù)變異系數(shù)對壩體沉降值的影響規(guī)律本文結(jié)合公伯峽混凝土面板堆石壩的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù),研究了表征堆石料參數(shù)空間變異性特征的變異系數(shù)對堆石壩沉降值的影響規(guī)律。(3)基于隨機有限元應力應變計算結(jié)果的點可靠度計算堆石壩應力水平是指實際所受應力與鄧肯非線性強度包絡線計算所得破壞強度的比值。一般認為,應力水平大于1時,壩體出現(xiàn)剪切破壞。本文以應力水平大于1為“破壞”,應力水平小于1為“安全”,進行了壩體各單元剪切破壞概率的計算。(4)進行基于Geostudio的壩坡穩(wěn)定隨機可靠度方法的開發(fā)將隨機場模擬方法與Geostudio的SLOPE模塊相結(jié)合。計算考慮材料參數(shù)空:間變異性的壩坡安全系數(shù)K,并認為Kl為“破壞”,K1為“安全”,采用基于Latin超立方抽樣的Monte Carlo法計算可靠度指標與壩坡滑動破壞概率。(5)研究材料參數(shù)變異系數(shù)對安全系數(shù),以及可靠度指標的影響規(guī)律在保持其他分區(qū)其他材料參數(shù)的取值以及隨機場特征值不變的前提下,通過改變某一個分區(qū)某一個材料參數(shù)的變異系數(shù),得到相應的材料參數(shù)變異系數(shù)對安全系數(shù)與可靠度指標的影響規(guī)律。本論文研究取得的相關成果,可以更加準確地得到堆石壩應力應變值、壩體及壩坡破壞概率與可靠度指標,以及采用本文所得變異系數(shù)—壩體響應值關系曲線,通過安全的壩體響應值確定堆石料的材料參數(shù)變異系數(shù),從而對指導工程選材、壩體填筑、運行維護等具有一定的參考價值。
【圖文】：

初始材料數(shù)模塊參數(shù)賦值模塊E-B本構(gòu)模型開發(fā)模塊計算步定義模塊自定義輸出模塊有限元迭代計算模塊后處理對生成的.t16文件進行處理，繪制最大主應力，最小主應力，水平位移，豎直位移等響應值的云圖-B本構(gòu)模個參數(shù)值通過單元序號對號入座計算Et,Bt,Dt,形成應力-應變矩陣分步填筑,分步施加水荷載圖 2-1 基于 MSC.Marc 的子程序二次開發(fā)框架圖Fig.2-1 Frame diagram of subroutine secondary development based on MSC.Marc

圖 2-3 計算文件（.dat 文件）片段Fig.2-3 Calculation file (.dat file) fragment2.2 Morris 法敏感性分析2.2.1 Morris 法敏感性分析原理Morris 法是一種效率高、準確性好的全局敏感性分析方法[72]。具體原理是：在保持其他參數(shù)不變的前提下，選取某一個材料參數(shù)ix ，確定其固定變化步長 C 以及變化幅度 M計算公式如下： 111100ni i iii iY Y YS nP P （2-16）式中，S 為參數(shù)ix 的敏感性指數(shù)；iY 與i+1Y 分別為參數(shù) 第 i 次和第 i +1次變化后的輸出值；iP 與i+1P 分別為參數(shù) 第 次和第 次變化后的值相對于初始值的百分率，，單位為%；n為變化次數(shù)。采用 Morris 法的敏感性指數(shù)分級見下表 2-1。
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TV641.4

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