土石坝的流固耦合渗流分析研究

发布时间：2017-08-05 18:08

  本文关键词：土石坝的流固耦合渗流分析研究

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【摘要】：土石坝是水利工程中应用广泛、结构简单的一种坝型；坝体竣工蓄水后,渗流场与应力场之间会产生相互作用、相互耦合的一种机制,这种相互耦合的作用使得坝体的渗流场及应力场发生重新分布,从而对大坝的稳定性产生影响。近些年来,人们逐渐将重心从渗流分析与应力分析分开计算转移到了渗流与应力的耦合分析计算上,因此,在土石坝研究过程中,考虑渗流场与应力场的耦合分析具有重要且深远的意义。本论文通过理论分析并基于大型通用软件ADINA对土石坝的渗流计算、应力计算以及渗流场-应力场耦合计算开展了如下工作：(1)对土石坝的渗流分析理论进行概述,以达西定律为基础,对渗流分析方法、渗流有限元分析计算原理、基本微分方程推导等作了总结介绍。(2)对ADINA软件简单的介绍,对比温度场与渗流场的相似性,采用有限元法提出土石坝渗流的计算模拟。列举均质坝、心墙坝渗流算例在ADINA软件热分析模块中的有限元数值模拟,并通过Geo-studio软件的渗流模拟进行验证,得出结论：ADINA软件的热分析模块能进行土石坝渗流的计算,为后续的工程实例渗流计算打下基础。(3)土石坝应力应变非线性有限元分析介绍,利用ADINA软件实现邓肯-张E-B模型的二次开发,列举沥青混凝土心墙坝的应力算例在ADINA软件中的有限元数值模拟。解决了ADINA软件本身不具备的邓肯-张模型问题。(4)在前人研究成果的基础上分析渗流场与应力场的耦合机理,建立较为合理的两场耦合有限元计算数学模型,采用间接耦合的方法加之利用渗流、应力有限元计算程序对具体工程实例——大麦沟黏土心墙土坝工程进行双场耦合迭代计算,并进行不耦合结果与耦合结果的对比分析。由此得出,双场耦合对土石坝的渗流及稳定产生较大的影响,在实际工程中不可忽略两场耦合的作用。
【关键词】：土石坝 渗流场 应力场 耦合分析 ADINA软件
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV641;TV223.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 论文选题研究背景10-12
• 1.2 国内外渗流力学理论分析研究现状12-17
• 1.3 本文主要研究内容17-20
• 第二章 土石坝渗流分析理论基础20-34
• 2.1 渗流的基础理论20-23
• 2.2 渗流分析方法23-25
• 2.3 渗流分析有限元计算原理25-31
• 2.4 渗流有限元分析步骤31-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 基于ADINA-T模块的渗流分析方法34-46
• 3.1 ADINA软件简介34-35
• 3.2 ADINA软件温度场分析理论35-38
• 3.3 土石坝浸润线的求解38-39
• 3.4 基于ADINA-T模块的土石坝二维稳定渗流算例39-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第四章 土石坝应力非线性有限元分析46-62
• 4.1 土体的变形特性46
• 4.2 土体本构模型46-51
• 4.3 土体屈服准则51-52
• 4.4 土体非线性有限元解法52-53
• 4.5 土石坝的竣工期及蓄水期模拟53-60
• 4.6 本章小结60-62
• 第五章 土石坝渗流场与应力场耦合作用分析62-78
• 5.1 耦合理论探究62-63
• 5.2 渗流场与应力场之间相互作用原理63-66
• 5.3 渗流场与应力场耦合分析的数学模型66-68
• 5.4 基于ADINA的双场耦合的工程应用分析68
• 5.5 双场耦合工程实例解析68-77
• 5.6 本章小结77-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 6.1 结论78-79
• 6.2 展望79-80
• 致谢80-82
• 附录A (硕士期间发表的论文及参与的科研项目)82-84
• 参考文献84-87

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本文编号：626225