【摘要】：近年來我國(guó)建設(shè)了大量的大型水利樞紐工程,尤其以土石壩居多,由于其適應(yīng)地質(zhì)及地形能力強(qiáng)、成本相對(duì)較低的特點(diǎn),數(shù)量和高度不斷增加,一旦發(fā)生潰壩,尤其是那些特高土石壩,甚至?xí)斐商菁?jí)水庫土石壩的連續(xù)潰壩,對(duì)下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的災(zāi)難,造成的不良社會(huì)影響也是無法估量的。無論是逆全球化再起、恐怖襲擊的發(fā)生,還是大壩因使用壽命到期和適用性的降低而拆舊建新,隨著時(shí)代的發(fā)展,對(duì)水庫大壩進(jìn)行爆炸響應(yīng)分析研究越來越引起人們的關(guān)注。然而在通常的土石壩安全防護(hù)中,對(duì)于地震、爆炸、洪水等極端情況下的設(shè)計(jì)研究,一直以地震和洪水為主,而對(duì)爆炸情況研究較少。因此,對(duì)土石壩進(jìn)行爆炸荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)分析,對(duì)其抗爆性能以及爆炸破壞機(jī)理進(jìn)行研究都有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文根據(jù)土石壩的發(fā)展現(xiàn)狀及顯示動(dòng)力學(xué)的基本理論和計(jì)算方法,以長(zhǎng)河水電站礫石土心墻堆石壩為研究對(duì)象,使用大型有限元分析軟件Ansys-Workbench中的Mechanical模塊進(jìn)行靜力分析,將靜力分析數(shù)據(jù)傳入到Autodyn顯式動(dòng)力學(xué)分析模塊,對(duì)土石壩在爆炸荷載作用下的變形及應(yīng)力進(jìn)行分析,并對(duì)其破壞機(jī)理及破壞過程進(jìn)行了研究。其主要內(nèi)容如下:(1)分三類詳細(xì)分析了炸藥爆炸對(duì)土石壩產(chǎn)生的沖擊效果,闡述了爆轟波的CJ理論,對(duì)非線性顯式有限元分析軟件Autodyn及常用的動(dòng)力計(jì)算方法進(jìn)行了比較分析。(2)利用Ansys-Workbench中的Mechanical模塊建立了土石壩三維實(shí)體模型,在竣工期和蓄水期兩種工況下進(jìn)行了土石壩靜力計(jì)算,并對(duì)其應(yīng)力、位移進(jìn)行了系統(tǒng)的分析,同參考文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,其位移、應(yīng)力吻合很好,從而驗(yàn)證了所建模型的適用性和合理性。(3)利用Autodyn模塊,在Mechanical前處理以及靜力分析的基礎(chǔ)上,建立了長(zhǎng)河特高土石壩-炸藥-空氣三維有限元實(shí)體模型,采用流固耦合(CEL)法對(duì)土石壩爆炸荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行模擬,對(duì)土石壩整體進(jìn)行了應(yīng)力、位移分析,并對(duì)典型觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了應(yīng)力、速度、位移時(shí)程分析計(jì)算,重點(diǎn)研究了TNT炸藥在壩體中爆炸的效果,以及炸藥量和爆炸位置不同對(duì)土石壩的動(dòng)力響應(yīng)影響。本文基于長(zhǎng)河特高土石壩實(shí)例進(jìn)行模擬,得到了一些有益結(jié)論,靜力分析所得出的位移、應(yīng)力分布以及大小與其他模擬十分吻合,動(dòng)力分析所得到的的爆炸響應(yīng)與破壞機(jī)理規(guī)律性較好,該分析成果將對(duì)長(zhǎng)河特高土石壩安全運(yùn)行管理具有指導(dǎo)意義及現(xiàn)實(shí)意義,對(duì)同類大壩的抗爆減災(zāi)具有一定的參考價(jià)值。
【圖文】：

（2）利用 Ansys-Workbench 中的 Mechanical 模塊建立土石壩三維實(shí)體模型，在竣工期和蓄水期兩種工況下進(jìn)行土石壩靜力計(jì)算，并對(duì)其應(yīng)力、位移進(jìn)行系統(tǒng)的分析。（3）利用 Autodyn 模塊，在 Mechanical 前處理以及靜力分析的基礎(chǔ)上，，建立長(zhǎng)河特高土石壩-炸藥-空氣三維有限元實(shí)體模型，采用流固耦合（CEL）法對(duì)土石壩爆炸荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行模擬，對(duì)土石壩整體進(jìn)行應(yīng)力、位移分析，并對(duì)典型觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力、速度、位移時(shí)程分析計(jì)算。重點(diǎn)研究 TNT 炸藥在壩體中爆炸的效果，以及炸藥量和爆炸位置不同對(duì)大壩動(dòng)力響應(yīng)的影響，對(duì)其破壞機(jī)理及破壞過程進(jìn)行研究。具體分析流程如圖 1.1 所示。先利用 Ansys-Workbench 中的 Mechanical 進(jìn)行靜力分析，然后通過顯示動(dòng)力學(xué)傳遞到 Autodyn 中作為初始應(yīng)力進(jìn)行爆炸響應(yīng)動(dòng)力分析，依據(jù)靜動(dòng)力計(jì)算結(jié)果，分析土石壩受力狀況，以及破壞過程，對(duì)其破壞機(jī)理及破壞過程進(jìn)行研究，為土石壩運(yùn)行管理與安全防護(hù)提供參考。

炸藥在大壩外部的水中爆炸時(shí)，會(huì)先產(chǎn)生高溫高壓產(chǎn)物，不斷擠壓周圍水面同空中爆炸一樣，會(huì)逐漸向外推進(jìn)，形成爆炸沖擊波，另一方面與空中不同之處在于爆炸產(chǎn)物為氣體，在水中會(huì)以氣泡的形式存在，不但會(huì)向前，還會(huì)因?yàn)楦×Φ淖饔貌粩嘞蛩娓∪�。同時(shí)，相比較于空氣，由于水的大，粘滯系數(shù)大，可壓縮性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣，所以水中爆炸的膨脹要遠(yuǎn)小于。由于水和空氣特質(zhì)的不同，水中爆炸規(guī)律不能完全沿用空中爆炸的規(guī)律根據(jù)水的特點(diǎn)總結(jié)出其符合水中爆炸實(shí)際的研究規(guī)律。1948 年，Cole 通過驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，研究分析了水中爆炸，對(duì)其試驗(yàn)研究方法進(jìn)行了比較，同時(shí)爆炸過程以及破壞規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)，并建立了水中爆炸基本理論。水中爆炸沖擊波的形式同空中爆炸相類似，但其初始沖擊波壓力接近pa，比空中沖擊波壓力的 100MPa 左右大了將近 100 倍，同時(shí)隨著爆炸沖擊前推進(jìn)，其壓力水平會(huì)迅速下降。Cole 總結(jié)了 173kgTNT 炸藥在水中爆炸力迅速下降的分布圖，如圖 2.1 所示。從圖中可以看出，水中爆炸在炸藥處很大，在爆心附近時(shí)，壓力下降很快，隨著距離的變遠(yuǎn)，壓力下降會(huì)越來，同倒數(shù)函數(shù)曲線相類似。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TV641;TV312

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳生水;;特高土石壩建設(shè)與安全保障的關(guān)鍵問題及對(duì)策[J];人民長(zhǎng)江;2018年05期

2 熊巖;;基于超高土石壩的安全監(jiān)測(cè)研究[J];化工管理;2015年32期

3 ;國(guó)際高土石壩學(xué)術(shù)研討會(huì)在北京召開[J];水力發(fā)電學(xué)報(bào);1994年01期

4 吳其張;;國(guó)際高土石壩學(xué)術(shù)研討會(huì)在北京召開[J];浙江水利科技;1993年04期

5 朱建華;;我國(guó)高土石壩筑壩技術(shù)的新成就[J];中國(guó)水利;1987年01期

6 郭宗彥;;關(guān)于加速發(fā)展高土石壩的幾點(diǎn)建議[J];人民珠江;1988年06期

7 顧淦臣;;高土石壩的發(fā)展進(jìn)程和發(fā)展趨勢(shì)[J];河海大學(xué)科技情報(bào);1989年03期

8 陳生水;;復(fù)雜條件下特高土石壩建設(shè)與長(zhǎng)期安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展[J];中國(guó)科學(xué):技術(shù)科學(xué);2018年10期

9 王曉松，李寶珠;世界高土石壩發(fā)展綜述[J];黑龍江水專學(xué)報(bào);1995年03期

10 陳生水;程展林;孔憲京;;高土石壩試驗(yàn)技術(shù)與安全評(píng)價(jià)理論及應(yīng)用[J];水利水電技術(shù);2018年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 周春意;高潤(rùn)德;李盛青;;強(qiáng)風(fēng)化巖作為高土石壩防滲料的試驗(yàn)研究[A];土石壩與巖土力學(xué)技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2001年

2 關(guān)志誠;;中國(guó)高土石壩的發(fā)展水平與關(guān)鍵技術(shù)[A];大壩安全與新技術(shù)應(yīng)用[C];2013年

3 趙劍明;劉小生;溫彥鋒;陳寧;劉啟旺;;紫坪鋪面板壩汶川地震震害及高土石壩抗震減災(zāi)研究設(shè)想[A];現(xiàn)代水利水電工程抗震防災(zāi)研究與進(jìn)展[C];2009年

4 朱晟;;土石壩震害與抗震安全[A];現(xiàn)代水利水電工程抗震防災(zāi)研究與進(jìn)展（2011年）[C];2011年

5 束一鳴;李永紅;;較高土石壩膜防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法探討[A];全國(guó)第六屆土工合成材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

6 孫勝利;代巧技;王新奇;;黃土類土的工程性質(zhì)研究及在高土石壩中的應(yīng)用[A];土石壩與巖土力學(xué)技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2001年

7 酈能惠;;西部地震區(qū)高土石壩抗震安全[A];加入WTO和中國(guó)科技與可持續(xù)發(fā)展——挑戰(zhàn)與機(jī)遇、責(zé)任和對(duì)策（下冊(cè)）[C];2002年

8 劉瑩光;孔憲京;鄒德高;;高土石壩加筋抗震措施的快速拉格朗日差分分析[A];第15屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第Ⅱ冊(cè)）[C];2006年

9 李永紅;余挺;王觀琪;吳顯偉;;特高土石壩防滲土料改性研究與實(shí)踐[A];四川省水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)2018年學(xué)術(shù)交流會(huì)暨“川云桂湘粵青”六�。▍^(qū)）施工技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2018年

10 殷宗澤;;高土石壩應(yīng)力變形分析[A];海峽兩岸土力學(xué)及基礎(chǔ)工程地工技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];1994年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前5條

1 記者 張琪;高土石壩技術(shù)向更安全更智慧升級(jí)[N];中國(guó)能源報(bào);2017年

2 記者 張春杰 通訊員 李明;全國(guó)高土石壩關(guān)鍵筑壩技術(shù)研討會(huì)召開[N];中國(guó)水利報(bào);2018年

3 記者 蔣學(xué)林　通訊員 羅崇伸 張?zhí)N華 于步亞;國(guó)內(nèi)第一高土石壩兩河口水電站開建[N];中國(guó)電力報(bào);2014年

4 本報(bào)記者 蔣學(xué)林　通訊員 羅崇伸 張?zhí)N華 于步亞;水電工程的新高度[N];中國(guó)電力報(bào);2014年

5 李?yuàn)檴?藏區(qū)最大水電站在甘孜開建 總投資664億[N];企業(yè)家日?qǐng)?bào);2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 肖海斌;高土石壩壩料試驗(yàn)及結(jié)構(gòu)分區(qū)智能優(yōu)化研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（武漢巖土力學(xué)研究所）;2006年

2 李紅軍;高土石壩地震變形分析與抗震安全評(píng)價(jià)[D];大連理工大學(xué);2008年

3 胡軍;高土石壩動(dòng)力穩(wěn)定分析及加固措施研究[D];大連理工大學(xué);2008年

4 趙夢(mèng)蝶;高土石壩地震動(dòng)輸入與地震變形分析[D];鄭州大學(xué);2016年

5 張銳;高土石壩地震作用效應(yīng)及壩坡抗震穩(wěn)定分析研究[D];大連理工大學(xué);2008年

6 朱亞林;地震時(shí)高土石壩的彈塑性分析和抗震措施研究[D];大連理工大學(xué);2011年

7 曹學(xué)興;深厚覆蓋層地基高土質(zhì)心墻堆石壩抗震安全性研究[D];武漢大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張志飛;爆炸荷載作用下特高土石壩的動(dòng)力響應(yīng)分析[D];鄭州大學(xué);2019年

2 馬馳;地震作用下土工格柵加筋高土石壩數(shù)值分析[D];合肥工業(yè)大學(xué);2018年

3 李端洲;基于廣義塑性理論的高土石壩動(dòng)力分析[D];合肥工業(yè)大學(xué);2017年

4 毛雯娟;強(qiáng)震區(qū)高土石壩三維動(dòng)力反應(yīng)分析[D];大連理工大學(xué);2008年

5 許春雷;高土石壩壩坡穩(wěn)定的可靠性研究[D];大連理工大學(xué);2010年

6 陳飛;基于ABAQUS的高土石壩邊坡穩(wěn)定分析研究[D];北京交通大學(xué);2011年

7 尤麗紅;高土石壩地震動(dòng)最不利輸入方向研究[D];大連理工大學(xué);2011年

8 王倩;施工質(zhì)量不確定下高土石壩應(yīng)力變形隨機(jī)有限元分析[D];天津大學(xué);2012年

9 王越;數(shù)字化施工下高土石壩施工期結(jié)構(gòu)性態(tài)有限元精細(xì)分析[D];天津大學(xué);2013年

10 孫靜;考慮壩體壓實(shí)情況下高土石壩施工期應(yīng)力變形分析[D];天津大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2698205