發(fā)布時(shí)間：2020-06-13 23:36

【摘要】：為推動(dòng)能源清潔低碳化轉(zhuǎn)型,加快實(shí)現(xiàn)非石化能源比重的發(fā)展目標(biāo),我國(guó)提出了超前謀劃水電等清潔能源的發(fā)展布局,并在西南和西北地區(qū)規(guī)劃和開(kāi)工建設(shè)了一批高壩大庫(kù),其中高土石壩等土工構(gòu)筑物約占50%。但由于我國(guó)西南和西北地處活躍地震帶區(qū)、強(qiáng)震頻發(fā)、對(duì)結(jié)構(gòu)潛在破壞力強(qiáng),一旦強(qiáng)震導(dǎo)致的高壩破壞將產(chǎn)生難以估量的失事后果及次生災(zāi)害,嚴(yán)重威脅國(guó)民生命財(cái)產(chǎn)安全及地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,使得我國(guó)高土石壩等土工結(jié)構(gòu)的抗震安全問(wèn)題尤為突出。因此,確保工程平穩(wěn)運(yùn)營(yíng),開(kāi)展地震安全性能評(píng)價(jià)研究具有重大的理論和工程意義。精細(xì)化可進(jìn)一步提高分析的合理性和準(zhǔn)確性,是國(guó)內(nèi)外數(shù)值分析的必然趨勢(shì)。由于此類(lèi)構(gòu)筑物地形條件和結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)-無(wú)限地基、材料界面相互作用等問(wèn)題,對(duì)精細(xì)化分析提出了較高的要求,因此高土石壩等土工構(gòu)筑物在精細(xì)化分析研究方面成果很少。此外,此類(lèi)工程體量龐大(一般高度超過(guò)百米,長(zhǎng)和寬超過(guò)1公里),同時(shí)存在著防滲面板、防滲墻等關(guān)鍵的小尺度部件(最小厚度約0.3m),結(jié)構(gòu)自身尺度相差十分懸殊(可達(dá)數(shù)百倍至千倍),使得采用傳統(tǒng)技術(shù)難以高效地建立精細(xì)的分析網(wǎng)格。因此,發(fā)展能準(zhǔn)確描述結(jié)構(gòu)關(guān)鍵核心部件損傷破壞過(guò)程的跨尺度網(wǎng)格離散和分析技術(shù),對(duì)高土石壩等進(jìn)行精細(xì)化抗震分析研究,具有重要研究意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文結(jié)合國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“強(qiáng)震作用下特高土石壩多耦合體系損傷演化機(jī)理及安全評(píng)價(jià)準(zhǔn)則研究”,國(guó)家自然科學(xué)基金“極震荷載下筑壩堆石料變形特性及特高堆石壩極限抗震能力研究”和重要水利水電工程“如美高心墻堆石壩計(jì)算研究”、“考慮壩-基-庫(kù)水體系相互作用的大石峽水利樞紐工程面板壩三維非線(xiàn)性靜、動(dòng)力精細(xì)化有限元分析”、“新疆阿爾塔什水利樞紐工程混凝土面板堆石壩專(zhuān)題研究”等。針對(duì)大型土工構(gòu)筑物靜-動(dòng)力分析和抗震安全評(píng)價(jià)存在的網(wǎng)格精細(xì)化、非線(xiàn)性等計(jì)算分析問(wèn)題,基于比例邊界有限元(Scaled Boundary Finite Element Method,SBFEM)理論,主要開(kāi)展了下述工作:(1)采用高效的四分樹(shù)/八分樹(shù)離散技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)跨尺度精細(xì)網(wǎng)格生成,并開(kāi)發(fā)了單元格式轉(zhuǎn)換等相關(guān)配套處理程序,實(shí)現(xiàn)了操作簡(jiǎn)便、低人力成本、易修改的精細(xì)化模型生成,解決了以高土石壩為代表的大型復(fù)雜巖土工程結(jié)構(gòu)網(wǎng)格精細(xì)化、高效離散的問(wèn)題。(2)引入多邊形平均值函數(shù)插值多面體邊界面單元,通過(guò)SBFEM彈性理論推導(dǎo)獲得半解析的單元形函數(shù)和應(yīng)變位移矩陣,發(fā)展了三維比例邊界復(fù)雜多面體單元,可求解傳統(tǒng)方法難以直接計(jì)算的八分樹(shù)單元,提高了分析方法的靈活性、通用性和魯棒性,實(shí)現(xiàn)了工程結(jié)構(gòu)跨尺度精細(xì)化分析。(3)采用邊界高斯積分點(diǎn)和常剛度矩陣,構(gòu)造單元形函數(shù)和應(yīng)變位移矩陣;然后在比例邊界單元域內(nèi)增加積分點(diǎn)求解協(xié)調(diào)矩陣、剛度矩陣和應(yīng)力積分等,發(fā)展了可用于彈塑性分析的比例邊界二維多邊形及三維多面體單元,解決了傳統(tǒng)SBFEM難以進(jìn)行非線(xiàn)性分析的問(wèn)題。(4)聯(lián)合平均值多邊形插值和界面單元理論,構(gòu)造了空間多邊形三維界面單元,解決了傳統(tǒng)Goodman單元難以直接求解多面體單元界面的問(wèn)題,與前述工作共同集成了可考慮無(wú)限地基-土體-界面-結(jié)構(gòu)相互作用的全體系跨尺度精細(xì)化分析方法。(5)采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法和單元封裝技術(shù),抽象出SBFEM與FEM單元構(gòu)造的共同屬性,統(tǒng)一了兩種數(shù)值分析方法程序開(kāi)發(fā)接口,在課題組GEODYNA有限元軟件平臺(tái)上集成了新發(fā)展的數(shù)值算法,實(shí)現(xiàn)了基于單元庫(kù)的SBFEM-FEM無(wú)縫耦合計(jì)算;根據(jù)八分樹(shù)離散的正方體單元具有幾何相似的特點(diǎn),提出了高效的非線(xiàn)性相似單元加速技術(shù),顯著改善了大規(guī)模彈塑性精細(xì)分析的求解效率。本文發(fā)展的跨尺度精細(xì)化分析方法己成功應(yīng)用于如美(世界最高心墻壩,315m)、大石峽(在建最高面板壩,247m)、三澳核電等十余項(xiàng)重大水電、核電工程,并拓展應(yīng)用于地鐵結(jié)構(gòu)的地震損傷破壞評(píng)價(jià),具有很好的推廣應(yīng)用前景。 【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】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TV223

【圖文】：

３）大型地下結(jié)構(gòu)逡逑合理開(kāi)發(fā)利用城市地下空間，是優(yōu)化城市空間結(jié)構(gòu)和管理格局、緩解城市土地資源逡逑緊張的必要措施；對(duì)于推動(dòng)城市由外延擴(kuò)張式向內(nèi)涵提升式轉(zhuǎn)變，改善城市環(huán)境，建設(shè)逡逑宜居城市，提高城市綜合承載能力具有重要意義［７］。當(dāng)今各大城市的地下停車(chē)場(chǎng)、地下逡逑商場(chǎng)、地鐵系統(tǒng)等為國(guó)民的休閑、娛樂(lè)、出行等方面帶來(lái)了極大的便利，是人們必不可逡逑少的城市基礎(chǔ)配套設(shè)施。本節(jié)以地鐵為例說(shuō)明當(dāng)前地下結(jié)構(gòu)的規(guī)劃建設(shè)情況，從而窺探逡逑地下空間結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)的巨大前景。逡逑地鐵，作為當(dāng)代城市最為明顯而標(biāo)志的現(xiàn)代建設(shè)之一，體現(xiàn)了一座城市的發(fā)展程度，逡逑是人們出行不可缺少的交通工具之一。截止２０１８年１０月，我國(guó)北上廣深等３６座城市逡逑己開(kāi)通地鐵并繼續(xù)大規(guī)模發(fā)展（參見(jiàn)圖丨．３）；常州等２０座城市正在修建地鐵；除此之逡逑外還有４４座城市正在規(guī)劃修建地鐵［７１。上述數(shù)據(jù)充分說(shuō)明未來(lái)１０年左右，我國(guó)地卜＇簾逡逑間的開(kāi)發(fā)力度將持續(xù)增加，投資力度亦將創(chuàng)歷史新高；各城市地下重大工程的興建亦在逡逑緊鑼密鼓地開(kāi)展１７］。逡逑

１．１．２大型巖土工程精細(xì)化分析必要性逡逑我國(guó)位于世界兩大地震帶：環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，由于受太平洋度板塊和菲律賓海板塊的擠壓，地震斷裂帶十分活躍（參見(jiàn)圖１．４）。２０世紀(jì)國(guó)共發(fā)生６級(jí)以上地震近８００次，遍布除貴州、浙江兩省和香港特別行政區(qū)以外省市區(qū)，我國(guó)地震活動(dòng)頻度高、強(qiáng)度大、震源淺、分布廣，是一個(gè)名副其實(shí)的地極為嚴(yán)重的國(guó)家１９】。１９００年以來(lái)，，我國(guó)死于地震的人數(shù)達(dá)５５萬(wàn)之多，占全球地人數(shù)的５３％；邋１９４９年以來(lái)，我國(guó)２２個(gè)�。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）遭到１００多次地震

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2711913