基于斷裂力學的混凝土壩破壞過程數值計算方法研究.pdf

1、大型混凝土結構（如:混凝土房屋、大壩、橋梁、碼頭等）是發(fā)展經濟、提高人民生活質量的重要基礎設施，一旦失事將造成巨大的人員和財產損失，其安全性必須得到保障。但在實際工程中，無論采取多么嚴格的裂縫控制措施，混凝土結構工作時仍舊會存在裂縫，掘此，研究者們越來越關心裂縫對結構安全性的影響。目前，結構設計大多基于強度理論，難以合理地反映結構中存在裂紋對結構安全性的影響，以及由此所催生的斷裂破壞，而斷裂力學理論可作為強度理論的補充理論來解決與裂紋有

2、關的工程問題。本文采用斷裂力學理論和有限元數值方法，對含有多種裂紋形式的二維和三維彈性體，對比研究了斷裂參數的不同計算方法，并利用處理循環(huán)荷載作用下裂紋面接觸行為的擴展有限元方法和粘聚力裂紋模型、分析了裂紋對混凝土壩承載力的影響。本文的研究將為斷裂力學理論應用到混凝土壩裂縫分析和混凝土壩的安全性評估提供技術依據。主要研究內容和方法如下:
　　(1)針對二維和三維裂紋，采用傳統(tǒng)有限元方法研究了J積分方法和相互作用積分方法計算應力強度

3、因子的計算精度，以及網格尺寸、積分點個數等因素對計算精度的影響。其中J積分方法較為簡單，適用于二維直線裂紋和三維平面裂紋的情形;相互作用積分方法利用功能互等定理，通過引入適當的輔助應力場和位移場來求解應力強度因子，這一方法適用性較廣，可處理二維曲線和三維非平面裂紋問題。
　　(2)基于擴展有限元方法，研究裂紋面的接觸問題。擴展有限元方法可以在單元內部引入不連續(xù)的位移場或者應變場，允許裂紋從單元內部穿過。將求解接觸問題的B(一)可微