混凝土大壩各向異性脆性動(dòng)力損傷問(wèn)題的三維有限元程序與分析.pdf

1、目前，混凝土大壩的抗震、防爆安全評(píng)價(jià)多以傳統(tǒng)的力學(xué)理論為基礎(chǔ)，由于未考慮材料中微裂紋的產(chǎn)生、發(fā)展所造成的“材料動(dòng)態(tài)劣化”對(duì)材料動(dòng)力學(xué)性能的影響，而且應(yīng)力分析以線彈性理論為基礎(chǔ)，較少考慮壩體斷裂損傷等非線性反應(yīng)，因此無(wú)法對(duì)大壩在地震以及爆炸沖擊載荷作用下的破壞狀態(tài)進(jìn)行正確評(píng)價(jià)。本文在編號(hào)為50379046的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助下，較系統(tǒng)地研究了三維各向異性脆性損傷動(dòng)力學(xué)理論在混凝土大壩工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析中的應(yīng)用。開(kāi)發(fā)了通用的三維各向異

2、性脆性動(dòng)力損傷有限元分析程序。并應(yīng)用該程序分別對(duì)混凝土重力壩和拱壩及其巖基系統(tǒng)在爆炸沖擊載荷作用下和地震載荷作用下的三維向異性脆性動(dòng)力損傷過(guò)程進(jìn)行了有限元分析和數(shù)值模擬。主要工作如下：1.推導(dǎo)了巖石類介質(zhì)的三維各向異性脆性損傷本構(gòu)模型、各向異性損傷演化方程以及巖石類結(jié)構(gòu)的三維動(dòng)力損傷有限元方程。根據(jù)虛功原理，推導(dǎo)出了三維各向異性脆性動(dòng)力損傷問(wèn)題的弱解積分形式。并以此為理論基礎(chǔ)，基于FEPG系統(tǒng)研制開(kāi)發(fā)出了獨(dú)立通用的三維各向異性脆性動(dòng)力損

3、傷有限元分析程序(3DADDFEP)。 2.利用3DADDFEP程序，對(duì)爆炸沖擊載荷作用下的混凝土拱壩及其巖基、混凝土重力壩及其巖基和地震作用下的混凝土拱壩及其巖基進(jìn)行了三維有限元?jiǎng)恿Ψ治龊腿S脆性動(dòng)力損傷過(guò)程的數(shù)值模擬，得出以下結(jié)論： (1)爆炸沖擊載荷作用附近以及其對(duì)應(yīng)壩體背面的相應(yīng)位置，最易發(fā)生損傷破壞。爆炸載荷的峰值和持續(xù)時(shí)間對(duì)損傷的發(fā)展和擴(kuò)散有重要的影響。當(dāng)沖擊載荷產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于材料的損傷發(fā)展門(mén)檻值時(shí)，材

4、料的損傷將會(huì)急劇增加，這對(duì)結(jié)構(gòu)的安全是極為不利的。由于爆炸載荷的作用時(shí)間比較短，損傷分布的局部化比較明顯。 (2)強(qiáng)地震作用下，在拱壩上部，特別是在壩體和壩肩的結(jié)合部位，最易發(fā)生損傷破壞；在大壩和巖基的結(jié)合部位，損傷發(fā)展也比較明顯。在不考慮壩體和巖基各部分地震加速度相位差的情況下，壩體和巖基變形的規(guī)律基本同地震加速度一致，但由于壩體和巖基中損傷的發(fā)展，會(huì)有一些滯后。 (3)受載荷、邊界條件、材料性質(zhì)的影響，混凝土大壩在動(dòng)