水利水电工程边坡抗震稳定分析研究

【摘要】：在水利水电工程的建设和运行中,大多涉及边坡的稳定问题,大型工程中的高陡边坡问题更加突出,边坡特别是近坝边坡的失稳,可能会导致大坝的功能丧失,甚至有产生溃坝的风险。现有的高坝大库大多建设于西部地区,而西部地区是我国的主要地震区。因此,进行地震作用下水利水电工程边坡的稳定性分析十分必要。本文拟借助于有限元分析软件进行数值模拟,并结合具体工程实例,对边坡地震反应分析方法、边坡地震动输入机制等方面存在的一些问题进行深入分析和研究,为以后的边坡抗震稳定分析提出可供选用的方法。本文主要内容包括：(1)提出基于无反射边界的地震动输入机制。利用大型通用有限元程序ANSYS/LS-DYNA进行边坡动力计算,选取其中的无反射边界模拟无限地基的辐射阻尼效应,并提出基于该边界的自由场地震动输入方法,该方法能够与ANSYS/LS-DYNA程序实现无缝连接。(2)提出基于强度折减原理的有限元方法。选用Mohr-Coulomb屈服准则模拟材料的屈服特性,并提出将该方法与极限平衡方法结合进行边坡的稳定性计算。给出该有限元方法在街需水电站边坡抗震稳定分析中的应用,并与极限平衡法计算结果进行比较,进一步证明了该方法的可行性。(3)白鹤滩水电站左岸边坡动力模型试验研究。作为边坡抗震稳定分析研究的一个重要方法,本文对白鹤滩水电站左岸边坡振动台模型试验的整个过程进行描述,并对试验模型进行有限元数值模拟,特别对于其中存在的有限元网格剖分、接触缝面的模拟等问题进行深入探讨,最后将计算值与实测值比较,并得出较为合理的结果。 【关键词】：边坡 无反射边界 地震动输入 强度折减 有限元 模型试验
【学位授予单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV223
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 边坡地震反应分析方法研究进展10-17
• 1.2.1 极限平衡分析方法10-11
• 1.2.2 基于连续介质力学理论的应力变形分析11-12
• 1.2.3 基于不连续介质力学理论的应力变形分析12-14
• 1.2.4 Newmark滑块分析法14-15
• 1.2.5 关键块理论15
• 1.2.6 模型试验15-16
• 1.2.7 非确定性方法16-17
• 1.3 边坡地震动输入方式研究进展17-19
• 1.3.1 人工边界理论概述17-18
• 1.3.2 边坡地震动输入方法概述18-19
• 1.4 本文主要内容及创新点19-22
• 1.4.1 本文主要内容19-20
• 1.4.2 创新点20-22
• 第二章 基于无反射边界的地震动输入机制22-39
• 2.1 引言22
• 2.2 地震动参数的确定及地震波人工合成22-25
• 2.2.1 地震动参数的确定22-24
• 2.2.2 地震波人工合成24-25
• 2.3 无反射边界理论及程序应用25-30
• 2.3.1 ANSYS/LS-DYNA简介26-27
• 2.3.2 LS-DYNA无反射边界理论27-29
• 2.3.3 数值算例验证29-30
• 2.4 基于无反射边界的自由场输入理论30-37
• 2.4.1 地震动输入方法31-35
• 2.4.2 地震动输入的程序实现35-36
• 2.4.3 数值算例验证36-37
• 2.5 本章小结37-39
• 第三章 基于强度折减原理的有限元方法39-59
• 3.1 有限元强度折减方法39-41
• 3.1.1 强度折减法原理39-40
• 3.1.2 有限元强度折减方法的实现40
• 3.1.3 数值算例验证40-41
• 3.2 有限元方法与极限平衡方法的结合41-42
• 3.2.1 极限平衡方法原理41-42
• 3.2.2 极限平衡方法与有限元方法的结合42
• 3.3 街需水电站C_1崩坡积体抗震稳定计算42-58
• 3.3.1 街需水电站C_1崩坡积体简介42-45
• 3.3.2 C_1崩坡积体的地震作用45-47
• 3.3.3 有限元计算分析47-52
• 3.3.4 极限平衡计算分析52-58
• 3.4 本章小结58-59
• 第四章 金沙江白鹤滩水电站左岸边坡动力模型试验研究59-89
• 4.1 引言59
• 4.2 白鹤滩左岸边坡概况59-61
• 4.3 模型试验研究内容及方法61-78
• 4.3.1 模型总体设计61-66
• 4.3.2 阻尼边界66-69
• 4.3.3 地震动输入方法69-77
• 4.3.4 试验方案77-78
• 4.4 试验模型的有限元计算分析78-88
• 4.4.1 模型的有限元网格剖分78-82
• 4.4.2 LDDA方法简介82-83
• 4.4.3 计算值与实测值的比较83-88
• 4.5 本章小结88-89
• 第五章 结论与展望89-91
• 5.1 主要成果和结论89-90
• 5.2 研究展望90-91
• 附录91-100
• 参考文献100-109
• 作者在攻读硕士期间的科研成果109-110
• 致谢110-111

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