基于有限斷裂法的重力壩裂紋擴展模擬.pdf

1、實際工程中，無論采取的裂縫控制措施多么嚴格，混凝土壩依然無法避免裂縫的形成，裂縫的存在降低了壩體的承載能力。壩踵是壩體抵抗裂紋的薄弱位置，由于涉及到混凝土和基巖兩種材料，壩踵裂紋屬于界面裂紋的范疇，具有復數(shù)形式的應力奇異性指數(shù)。當水滲入裂縫內(nèi)時，縫內(nèi)水壓力使得壩踵裂紋的奇異應力場更為復雜，且水壓力會對裂縫擴展起促進作用，從而進一步弱化壩體的穩(wěn)定性。因此，裂縫的存在，尤其是壩踵裂紋對壩體安全產(chǎn)生多大影響，一直是學者們所關(guān)心的問題。

2、　　有限斷裂法認為結(jié)構(gòu)斷裂是在很短時間內(nèi)產(chǎn)生有限長度的裂紋，而非傳統(tǒng)意義上的無限小增量?；谶@個假設，混合斷裂準則應運而生，同時考慮能量和應力兩方面因素，當同時達到其臨界值時，裂紋失穩(wěn)擴展。比例邊界有限元方法是一種集合了有限元和邊界元優(yōu)點的數(shù)值方法，優(yōu)點在于可以半解析地求解裂尖區(qū)域附近的應力場和位移場，在裂尖附近無需富集即可獲得高精度的解，結(jié)合多邊形網(wǎng)格技術(shù)可將模擬裂縫擴展時的網(wǎng)格重剖分工作量降至最少。
　　本文基于有限斷裂法和比

3、例邊界有限元法提出了在裂紋面荷載作用下界面裂紋開裂過程模擬的數(shù)值模型。應用本模型，徑向的應力和位移可以解析求解，由于步長有限，當根據(jù)混合準則確定相應的擴展步長和擴展角度后，只需重置裂尖位置并將原裂尖多邊形一分為二，即可計算得到能量釋放率的解，大大減少了網(wǎng)格重剖分的工作量。模擬裂縫擴展時，通過改變擴展步長來調(diào)整能量釋放率和最大周向應力的關(guān)系，當兩者同時達到臨界值時裂縫擴展，此時的擴展步長即為裂縫實際擴展步長，從而實現(xiàn)裂縫可變步長擴展，避免

4、了人為假設的隨意性。通過四點剪切梁模型和模型重力壩的復合型裂紋擴展過程模擬，驗證了模型的有效性。分析了荷載與裂縫口位移關(guān)系曲線和裂紋擴展路徑，同時給出了裂縫擴展步長的變化曲線，更好地反應了裂縫擴展的真實情況。
　　將上述數(shù)值方法應用到重力壩的斷裂分析中，考慮壩體自重、壩面靜水壓力、裂縫內(nèi)水壓力以及超載水壓力，模擬了大壩的斷裂過程，通過與文獻結(jié)果對比，驗證了本文模型的有效性和適用性。并分析了壩體和壩基彈模比值和斷裂韌度的差異對壩踵裂