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混凝土高拱坝三维非线性有限元坝肩稳定分析研究

作　者: 韩志宇
导　师: 徐镇凯
学　校: 南昌大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 混凝土高拱坝坝肩稳定 ANSYS 非线性分析温度场分析三维地质裂隙建模
分类号: TV642.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

高拱坝是安全性和经济性都比较优越的坝型,应用十分广泛。然而高拱坝的安全性绝大部分依赖拱坝坝肩三维稳定性,因此研究拱坝坝肩三维稳定问题是拱坝建设和发展的前提。在坝体推力的作用下,坝肩岩体的稳定是保证拱坝安全的决定因素,因此寻找能够尽可能符合实际的评价拱坝坝肩稳定问题的分析方法极其重要。然而高拱坝坝肩岩体是在自然界长期经受过各种外力作用,被各种断层、裂隙切割的具有不连续面的复杂地质体,在坝体推力的作用下其稳定性问题实质就是复杂的非线性接触问题。本文在研究了材料弹塑性本构关系模型、强度准则、非线性有限元求解方法和接触问题的基础上进一步研究了如何将这些理论在通用大型有限元ANSYS软件中实现。借助ANSYS简要分析了拱坝的主要荷载之一温度场,建立了拱坝基岩三维地质裂隙仿真模型,在此基础上应用APDL语言和多种ANSYS内部函数编写了分析计算拱坝应力、应变的ANSYS命令流程序,进而应用超载安全系数法、强度储备安全系数法和点安全系数法从不同角度分析混凝土高拱坝及坝肩岩体的空间稳定性。本文对云南省宣威市万家口子双曲高拱坝进行三维非线性有限元坝肩稳定分析,分析成果显示满足设计规范要求,而且能较好地评价该拱坝的整体稳定性,可为该拱坝的设计、优化和施工提供参考。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-17
  1.1 概论  9-10
    1.1.1 拱坝的主要特点  9
    1.1.2 国内外拱坝建设发展史简况  9-10
  1.2 高拱坝坝肩稳定分析研究的重要意义  10-11
  1.3 高拱坝坝肩稳定分析研究的现状  11-13
  1.4 混凝土温度场分析研究的现状  13-14
  1.5 问题的提出和研究思路  14-15
    1.5.1 问题的提出  14
    1.5.2 研究思路  14-15
  1.6 本论文的课题来源和创新点及主要研究内容  15-17
    1.6.1 课题来源  15
    1.6.2 创新点及主要研究内容  15-17
第二章非线性有限元分析的基本理论  17-33
  2.1 结构非线性分析  17-26
    2.1.1 非线性问题分类  17-18
    2.1.2 弹塑性分析的理论  18-23
    2.1.3 强度准则  23-26
  2.2 非线性有限元求解法  26-29
    2.2.1 等刚度法  26-27
    2.2.2 变刚度法  27-28
    2.2.3 增量综合法  28-29
  2.3 有限元接触问题的研究  29-31
    2.3.1 接触面单元法  29-30
    2.3.2 接触面单元分类  30
    2.3.3 接触约束算法  30-31
  2.4 本章小结  31-33
第三章 ANSYS在三维非线性有限元坝肩稳定分析中的研究  33-44
  3.1 材料非线性在ANSYS中的实现  33-34
  3.2 接触模型在ANSYS中的模拟  34-35
    3.2.1 接触问题的类型  34-35
    3.2.2 面—面接触分析  35
  3.3 ANSYS的二次开发  35-36
    3.3.1 参数化程序设计语言  35-36
    3.3.2 有限元分析流程  36
  3.4 高拱坝坝肩稳定分析的非线性有限元模型  36-41
    3.4.1 坝体及基岩在ANSYS中的处理  37-39
    3.4.2 裂隙在ANSYS中的处理  39-41
  3.5 高拱坝坝肩稳定的评价方法  41-43
    3.5.1 超载安全系数法  42
    3.5.2 强度储备安全系数法  42
    3.5.3 点安全系数法  42-43
  3.6 本章小结  43-44
第四章温度场计算基本原理及ANSYS实现方法  44-48
  4.1 热传导基本理论  44-46
  4.2 温度场ANSYS计算方法  46-47
  4.3 本章小结  47-48
第五章万家口子高拱坝坝肩稳定三维非线性有限元分析  48-86
  5.1 工程简况  48-49
  5.2 高拱坝基岩地质三维建模  49-52
    5.2.1 地质建模研究的重要性  49-50
    5.2.2 三维地质建模研究现状  50
    5.2.3 万家口子高拱坝三维地质建模方法  50-51
    5.2.4 坝肩裂隙模型建立  51-52
  5.3 万家口子高拱坝温度场计算  52-60
    5.3.1 模型建立及网格划分  53-55
    5.3.2 计算基本资料  55-59
    5.3.3 计算结果及分析  59-60
  5.4 有限元计算的基本参数  60-61
    5.4.1 本构关系及屈服准则  60
    5.4.2 荷载及计算工况  60-61
  5.5 拱坝的位移和应力分析  61-70
    5.5.1 工况1的主要分析成果  61-65
    5.5.2 工况4的主要分析成果  65-70
  5.6 坝肩稳定分析  70-84
    5.6.1 坝肩稳定的判断依据  70-71
    5.6.2 超载法计算过程及成果分析  71-78
    5.6.3 强度储备系数法计算过程及成果分析  78-81
    5.6.4 点安全系数的计算分析  81-84
  5.7 高拱坝坝肩稳定成果分析  84-85
  5.8 本章小结  85-86
第六章总结与展望  86-88
致谢  88-89
参考文献  89-93
攻读硕士学位期间的研究成果  93

混凝土高拱坝三维非线性有限元坝肩稳定分析研究

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