基于有限斷裂法的重力壩裂紋擴(kuò)展模擬.pdf

1、實(shí)際工程中，無(wú)論采取的裂縫控制措施多么嚴(yán)格，混凝土壩依然無(wú)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(fù)數(shù)形式的應(yīng)力奇異性指數(shù)。當(dāng)水滲入裂縫內(nèi)時(shí)，縫內(nèi)水壓力使得壩踵裂紋的奇異應(yīng)力場(chǎng)更為復(fù)雜，且水壓力會(huì)對(duì)裂縫擴(kuò)展起促進(jìn)作用，從而進(jìn)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(duì)壩體安全產(chǎn)生多大影響，一直是學(xué)者們所關(guān)心的問(wèn)題。

2、　　有限斷裂法認(rèn)為結(jié)構(gòu)斷裂是在很短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生有限長(zhǎng)度的裂紋，而非傳統(tǒng)意義上的無(wú)限小增量?；谶@個(gè)假設(shè)，混合斷裂準(zhǔn)則應(yīng)運(yùn)而生，同時(shí)考慮能量和應(yīng)力兩方面因素，當(dāng)同時(shí)達(dá)到其臨界值時(shí)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)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(diǎn)的數(shù)值方法，優(yōu)點(diǎn)在于可以半解析地求解裂尖區(qū)域附近的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)，在裂尖附近無(wú)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(kuò)展時(shí)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(kāi)裂過(guò)程模擬的數(shù)值模型。應(yīng)用本模型，徑向的應(yīng)力和位移可以解析求解，由于步長(zhǎng)有限，當(dāng)根據(jù)混合準(zhǔn)則確定相應(yīng)的擴(kuò)展步長(zhǎng)和擴(kuò)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(jì)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(kuò)展時(shí)，通過(guò)改變擴(kuò)展步長(zhǎng)來(lái)調(diào)整能量釋放率和最大周向應(yīng)力的關(guān)系，當(dāng)兩者同時(shí)達(dá)到臨界值時(shí)裂縫擴(kuò)展，此時(shí)的擴(kuò)展步長(zhǎng)即為裂縫實(shí)際擴(kuò)展步長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)裂縫可變步長(zhǎng)擴(kuò)展，避免

4、了人為假設(shè)的隨意性。通過(guò)四點(diǎn)剪切梁模型和模型重力壩的復(fù)合型裂紋擴(kuò)展過(guò)程模擬，驗(yàn)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(kuò)展路徑，同時(shí)給出了裂縫擴(kuò)展步長(zhǎng)的變化曲線，更好地反應(yīng)了裂縫擴(kuò)展的真實(shí)情況。
　　將上述數(shù)值方法應(yīng)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(guò)程，通過(guò)與文獻(xiàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)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(duì)壩踵裂