文档介绍：基于跨尺度精细方法的面板坝面板损伤演化尺寸效应分析
摘要:中国面板坝建设规模正突破200~300m级跨越,研究地震面板损伤破坏对特高坝抗震性能和安全控制具有重要意义。引入Quadtree跨尺度建模和非线性SBFEM-FEM耦合基于跨尺度精细方法的面板坝面板损伤演化尺寸效应分析
摘要:中国面板坝建设规模正突破200~300m级跨越,研究地震面板损伤破坏对特高坝抗震性能和安全控制具有重要意义。引入Quadtree跨尺度建模和非线性SBFEM-FEM耦合分析方法,联合土体广义塑性模型、弹塑性接触模型和混凝土塑性损伤模型,研究了高面板坝面板地震精细损伤演化过程。研究表明:~;随顺坡向网格细化,损伤越趋局部化,越能合理地反映面板顶部的损伤破坏现象,~。面板大部分区域法向划分2层或1层网格可满足计算精度,但对顶部局部区域,可考虑分3层网格。基于Quadtree-SBFEM-FEM的跨尺度分析方法,实现了面板的精细化损伤演化规律研究,可为工程地震薄弱区域的精准定位和抗震安全控制方法的有效性分析提供重要参考和指导。
关键词:损伤演化;四分树建模;跨尺度;高面板坝;SBFEM-FEM耦合
中图分类号::A 文章编号:2096-6717(2019)06-0036-07
猴子岩、大石峡、拉哇等工程的规划建设,标志着中国面板坝规模正突破200~300m级跨越。面板是保证此类高坝大库安全的关键防线,探讨其地震下的损伤破坏规律,并定位薄弱部位,具有重要意义。
近年来,研究人员开展了诸如挤压边墙损伤分析、双层面板抗裂措施研究、地震破坏机理研究、填筑蓄水期面板脱空分析、考虑界面接触效应的影响研究等工作,取得了丰硕的成果。但目前对面板损伤演化规律讨论较少,未见网格尺寸对面板应力及损伤规律的影响效应研究。
比例边界有限元(SBFEM)。可计算传统方法难直接求解的多边形单元,通用性、适应性更强,近年来广泛应用于大坝一库水动力相互作用分析、摩擦接触问题研究、断裂力学分析、面板坝动水压力分析、复杂单元分析方法、多孔介质拓展应用。及弹塑性岩土工程应用。
本文采用Quadtree跨尺度方法,高效建立12个精细分析模型,联合土体广义塑性模型和混凝土塑性损伤模型,并通过SBFEM-FEM耦合分析方法,开展250m级面板坝静动力数值分析,研究网格精细化对面板损伤演化规律的影响,建议面板损伤分析中宜取的网格尺寸,给出面板易损区范围及其特点。
1跨尺度精细建模与分析方法
Quadtree根据设定的精度条件,通过对几何域进行递归四分来获得跨尺度的精细分析模型。用于面板坝分析的优势有:正方形单元比例大,单元精度最高且具有几何相似性;跨尺度实现了精细化分析精度与计算代价间的良好平衡;单元具有水平分层特性,自动满足坝体填筑模拟要求(见图1)。
采用上述跨尺度精细方法,面板法向分4个密度(1层、2层、3层和5层网格,见图2),建立了12个不同网格密度的分析模型,表1给出了面板法向分5层网格的模型信息统计。图3给出了坝体尺寸及其中一种四分树