本文關鍵詞：齒墻結構對重力壩深層抗滑穩(wěn)定安全性能的影響研究

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【摘要】：重力壩是一種常見的水工建筑物,主要依靠自身重量來維持穩(wěn)定。但是在通常情況下壩基中存在構造復雜的節(jié)理、裂隙、斷層或者軟弱夾層,而這些結構面在水壓力的作用下很容易形成預先未知的滑動通道。一旦發(fā)生深層滑動,將對下游人民的生命和財產安全構成巨大威脅,造成難以估量的損失,況且有時地基中的地質構造缺陷在勘測時候判斷不準確,容易形成更大的安全隱患。所以對重力壩深層抗滑穩(wěn)定問題進行客觀準確的分析評價并提出合理的加固措施是現(xiàn)代復雜地基上重力壩設計的一項普遍且重要的內容。目前在重力壩工程的設計當中,常常設置齒墻切斷軟弱夾層來提高壩體的深層抗滑穩(wěn)定安全性能,但是究竟該如何正確對待齒墻所起的作用?在先前的設計當中,常把齒墻作為構造措施,其所起的作用只是當作安全儲備來考慮。齒墻能起多大作用,尚且缺乏統(tǒng)一的認識和規(guī)律性研究文獻。因此本文借助ANSYS操作平臺,應用有限元強度折減法和最大剪切強度允許相對位移失穩(wěn)判據定量地分析了齒墻寬度、齒墻坡度、齒墻設置位置對于重力壩深層抗滑穩(wěn)定安全系數的影響。本文具體的研究內容如下:(1)對重力壩深層抗滑穩(wěn)定分析方法以及設置齒墻來提高建筑物抗滑穩(wěn)定安全性能的研究現(xiàn)狀進行了詳細梳理。在閱讀了大量相關文獻的基礎上,結合自己的研究需要,確定采用有限元強度折減法并進行了分析。(2)總結了有限元強度折減法目前常用失穩(wěn)判據,并分析了存在的不足,其中最重要的是容易受人為模糊判斷影響,很難得到較為精確客觀的解,最后容易得到一個較粗略的范圍。(3)鑒于此,本文提出最大剪切強度允許相對位移失穩(wěn)判據,以此來定量地反映齒墻參數對重力壩深層抗滑穩(wěn)定安全系數的影響。限制軟弱夾層上下點相對位移在允許范圍之內,這個位移值以軟弱夾層特征點處發(fā)生剪切破壞為準。(4)運用APDL(有限元參數化設計語言)來方便快捷地改變模型中齒墻的參數,并運用載荷步方式進行加載,求重力壩深層抗滑穩(wěn)定安全系數隨齒墻參數的變化規(guī)律。針對本文中的實例,主要成果如下:(1)整體上來說安全系數隨著齒墻寬度增加而提高,在一定范圍內齒墻寬度與安全系數近似呈線性關系,并建立了齒墻寬度與壩高的比值和安全系數的關系,這是一個無量綱量,使得該結論更具有普遍適用性。(2)整體上來說安全系數隨著齒墻坡度增加而提高,在一定范圍內齒墻坡度與安全系數近似呈線性關系,但是齒墻坡度對安全系數的影響比較小,不如齒墻寬度。(3)在同等條件下,在壩趾處設置齒墻相對壩踵處能起到更好的抗滑效果。
【關鍵詞】：重力壩 深層抗滑 齒墻 強度折減法 最大剪切強度允許相對位移失穩(wěn)判據
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TV642.3
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 研究現(xiàn)狀及存在的問題11-16
• 1.2.1 水荷載中揚壓力的處理方式研究現(xiàn)狀11
• 1.2.2 重力壩深層抗滑穩(wěn)定分析方法研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.3 設置齒墻提高建筑物抗滑穩(wěn)定性能研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本文的主要研究內容16
• 1.4 研究技術路線16
• 1.5 關鍵技術問題16-18
• 第二章 重力壩深層抗滑穩(wěn)定分析理論與方法18-29
• 2.1 重力壩失穩(wěn)破壞的主要類型18-20
• 2.1.1 沿軟弱結構面滑動剪切破壞18-19
• 2.1.2 尾巖抗力體擠壓破壞19
• 2.1.3 尾巖抗力體隆起破壞19-20
• 2.2 重力壩深層抗滑穩(wěn)定分析方法20-29
• 2.2.1 剛體極限平衡法20-23
• 2.2.2 有限單元法23-25
• 2.2.3 物理模型試驗法25-26
• 2.2.4 分項系數法26-29
• 第三章 有限元強度折減法與最大剪切強度允許相對位移失穩(wěn)判據29-34
• 3.1 有限元強度折減法失穩(wěn)判據精準定量性不足29
• 3.2 巖土體的抗剪強度定律29-30
• 3.3 任意斜截面上的正應力30-31
• 3.4 巖土體的極限平衡條件31-32
• 3.5 最大剪切強度允許相對位移失穩(wěn)判據32-34
• 第四章 有限元基本理論及ANSYS34-45
• 4.1 有限元法34-38
• 4.1.1 有限元發(fā)展與基本思想34-35
• 4.1.2 有限元法的基本分析過程35-37
• 4.1.3 材料非線性問題的有限元法37-38
• 4.2 ANSYS有限元程序38-41
• 4.2.1 ANSYS有限元程序介紹38-39
• 4.2.2 ANSYS分析類型39
• 4.2.3 ANSYS軟件操作方式39-40
• 4.2.4 ANSYS程序分析過程40-41
• 4.3 PLANE42單元41-42
• 4.4 有限元分析中的材料模型42-43
• 4.5 Newton-Raphson選項43-45
• 第五章 實例計算45-60
• 5.1 工程概況45
• 5.2 模型建立45-47
• 5.3 材料屬性47-49
• 5.4 模型加載49-50
• 5.4.1 荷載49-50
• 5.4.2 邊界條件50
• 5.4.3 加載方式50
• 5.5 有限元強度折減法邏輯圖50-51
• 5.6 計算結果51-60
• 5.6.1 齒墻寬度與軟弱夾層上下相對位移關系51-55
• 5.6.2 齒墻坡度與軟弱夾層上下相對位移關系55-57
• 5.6.3 齒墻位置與軟弱夾層上下相對位移關系57-60
• 第六章 結果分析60-69
• 6.1 齒墻寬度對安全系數影響分析60-64
• 6.2 齒墻坡度對安全系數影響分析64-65
• 6.3 齒墻位置對安全系數影響分析65-69
• 第七章 總結及展望69-71
• 7.1 總結69-70
• 7.2 展望70-71
• 參考文獻71-75
• 致謝75-76
• 攻讀碩士學位期間公開發(fā)表的學術論文76

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