土石堤坝三维波场数值模拟及其特征研究

发布时间：2017-04-24 12:00

  本文关键词：土石堤坝三维波场数值模拟及其特征研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着国家对水利基础设施建设的重视与经济社会发展的需要,我国政府加快了对水利投资的部署,并重点对堤坝的病险检测与加固做出了规范性规划,如何快速有效地对土石堤坝的隐患进行检测是除险加固的前提。地震波检测技术可以得到完整的运动学和动力学特征,信息丰富,安全度高,但在堤坝隐患诊断技术中还处于初步研究阶段。鉴于此,论文依托国家自然科学基金项目(51279219)“基于三维波电场耦合全息成像的堤坝隐患诊断技术研究”,采用理论分析、数值模拟、信号处理、模型试验等多种手段相结合的研究方法,围绕土石堤坝坝体内部存在的隐患体对土石堤坝三维波场特征的影响规律进行了研究,同时基于研究成果提出了初步判断隐患存在与位置的方法。主要研究内容及成果如下:1、在分析土石堤坝基本特征及隐患类型的基础上,将土石堤坝等效为均匀各向同性的弹性体,提出了土石堤坝概化模型,含渗漏通道的土石堤坝概化模型;2、基于弹性波基本原理,建立了土石堤坝波场特征分析的三维有限元模型。对影响波场特征分析的震源、网格划分及吸收边界条件进行了研究,获得了适合波动分析的激发方式和改进后的粘弹性边界条件最佳调节系数;3、通过有无隐患土石堤坝波场的三维数值模拟,得到了有无隐患体存在时土石堤坝的波场特征。结果表明,无隐患体时,坝体表面质点振动信号中无明显散射波;存在隐患体时,直达波遇到隐患体会产生散射波,散射波由隐患位置向周围传播,到达坝体表面,坝体表面质点振动信号表现出在直达波过后有强烈的散射波存在。通过分析有无隐患存在时的波场变化特征,提出了根据波场特征变化来分辨坝体内部是否存在隐患体的方法;4、基于含隐患土石堤坝波场分析的三维有限元模型,研究了隐患体尺寸、材料及位置的变化对土石堤坝波场特征的影响,采用时频分析方法对波场特征进行了分析,得到了对应的波场变化规律。结果表明,波场特征与隐患体的属性具有密切相关性,并据此提出了根据波场信息初步确定隐患体位置的方法;5、通过理论与实践相结合,建立了土石堤坝物理模型,对无隐患土石堤坝物理模型和存在隐患的土石堤坝物理模型进行了波动测试试验。分析结果表明,土石堤坝物理模型有、无隐患体存在时其波场特征与数值模拟基本吻合,利用数值模拟得到的基本结论和规律可以为现场测试得到的波动数据进行解释和结论推测,从而提高测试效率。
【关键词】：土石堤坝 隐患诊断技术 波场特征 有限元分析 模型试验
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV698.1;P631.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 问题的提出及研究意义10-11
• 1.2 土石堤坝隐患诊断技术的现状和发展趋势11-12
• 1.2.1 土石堤坝隐患诊断技术11
• 1.2.2 地震法11-12
• 1.2.3 存在的问题12
• 1.3 波场的数值模拟发展现状及趋势12-15
• 1.3.1 有限差分法(FDM）13
• 1.3.2 有限元法(FEM)13
• 1.3.3 虚谱法(PSM)13-14
• 1.3.4 积分法14
• 1.3.5 存在的问题14-15
• 1.4 本文的主要研究内容及技术路线15-17
• 1.4.1 本文的主要内容15
• 1.4.2 本文的技术路线15-17
• 第二章 土石堤坝三维波场分析基本理论及其概化模型17-32
• 2.1 引言17-18
• 2.2 波场分析基本理论18-20
• 2.2.1 波动理论18-19
• 2.2.2 基于有限元的波动理论19-20
• 2.3 土石堤坝的隐患类型20
• 2.4 土石堤坝波场分析的概化模型20-22
• 2.4.1 无隐患的土石堤坝概化模型21
• 2.4.2 含隐患的土石堤坝概化模型21-22
• 2.5 土石堤坝三维波场分析的有限元模型22-31
• 2.5.1 震源22-26
• 2.5.2 几何划分与数据采集26-27
• 2.5.3 吸收边界条件27-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 无隐患土石堤坝的三维波场模拟与特征分析32-47
• 3.1 引言32
• 3.2 三维模型的建立32-33
• 3.2.1 模型几何参数32-33
• 3.2.2 震源设置33
• 3.2.3 单元类型及尺寸33
• 3.2.4 计算过程拟定33
• 3.3 三维模型的边界条件33-42
• 3.3.1 边界条件的吸收效果33-38
• 3.3.2 改进后的粘弹性边界条件系数确定38-42
• 3.4 三维波场特征分析42-45
• 3.4.1 传播特征42-44
• 3.4.2 坝顶表面接收信号特征44-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第四章 隐患材料对土石堤坝的三维波场特征影响分析47-64
• 4.1 引言47
• 4.2 含隐患土石堤坝三维波场特征分析47-54
• 4.2.1 含隐患土石堤坝的模型设计47-48
• 4.2.2 整体波场特征分析48-51
• 4.2.3 单通道波场特征分析51-54
• 4.3 隐患材料特性对土石堤坝三维波场的影响分析54-62
• 4.3.1 弹性模量及密度的影响分析54-60
• 4.3.2 泊松比的影响分析60-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第五章 隐患尺寸对土石堤坝的三维波场特征影响分析64-72
• 5.1 引言64
• 5.2 有限元模型的建立64
• 5.3 隐患尺寸对波场特征的影响分析64-70
• 5.3.1 整体波场特征分析64-67
• 5.3.2 单通道波场特征分析67-70
• 5.4 本章小结70-72
• 第六章 隐患位置对土石堤坝的三维波场特征影响分析72-98
• 6.1 引言72
• 6.2 隐患体形状的确定72-76
• 6.3 隐患体沿坝轴线方向位置变化对波场的影响76-82
• 6.3.1 整体波场特征分析77-79
• 6.3.2 整体波场的F-K变换分析79-82
• 6.4 隐患体沿坝深度方向位置变化对波场的影响82-87
• 6.4.1 整体波场特征分析82-85
• 6.4.2 接收时间分析85-87
• 6.5 隐患体沿垂直坝轴线方向位置变化对波场的影响87-92
• 6.5.1 整体波场特征分析87-90
• 6.5.2 整体波场的F-K变换分析90-92
• 6.6 隐患体位置倾斜对波场的影响92-97
• 6.6.1 模型设计92-93
• 6.6.2 纵剖面整体波场特征分析93-95
• 6.6.3 横剖面整体波场特征分析95-97
• 6.7 本章小结97-98
• 第七章 土石堤坝的波动测试模型试验98-110
• 7.1 模型设计98-101
• 7.1.1 模型尺寸98-99
• 7.1.2 试验材料99-101
• 7.2 模型隐患布置和制作101-103
• 7.2.1 隐患布置101-102
• 7.2.2 渗漏通道的制作102-103
• 7.3 波动检测试验设备103-104
• 7.4 测试方法以及观测系统104-105
• 7.5 测试结果分析105-109
• 7.5.1 无隐患的土石堤坝实测信号分析106-107
• 7.5.2 含隐患的土石堤坝实测信号分析107-109
• 7.6 本章小结109-110
• 第八章 结论与建议110-113
• 8.1 主要结论110-111
• 8.2 下一步工作的建议111-113
• 致谢113-114
• 参考文献114-118
• 在校期间发表的论文著作及取得的科研成果118

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 王运生;苏建黎;;浅层地震联合成像技术及其应用研究[J];工程地球物理学报;2007年04期

2 赵密;杜修力;刘晶波;;一种高阶精度人工边界条件:出平面外域波动问题[J];工程力学;2012年04期

3 张辉;杨天春;;堤坝隐患无损探测研究应用进展[J];大坝与安全;2013年01期

4 赵明阶;;根据波速计算多相土石地基压实度的理论模型[J];水利学报;2007年05期

5 刘洪斌,陈如恒;地震勘探震源的历史与发展[J];石油机械;1997年08期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 宋平;加筋土挡墙仿真模拟分析[D];华南理工大学;2014年

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本文编号：324130