高混凝土壩抗震分析中遠域能量逸散時域模擬方法研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)周圍的土體通常是半無限介質(zhì)，對靜荷載下土與結(jié)構(gòu)相互作用進行分析時，荷載對遠離結(jié)構(gòu)的土體的影響可以忽略不計，因此可在離結(jié)構(gòu)較遠處引入虛擬邊界，截取有限區(qū)域內(nèi)的土體進行模擬，把問題直接轉(zhuǎn)化為由結(jié)構(gòu)和有限土體組成的體系的分析。但在土與結(jié)構(gòu)動力相互作用的分析中，由于虛擬邊界會把由結(jié)構(gòu)輻射出來的波反射回已被截取出來的有限土體中，使波無法透過虛擬邊界而輻射至無窮遠處，即無法滿足輻射條件，因而不能簡單地截取有限土體進行分析。為此許多學(xué)者提出了多種

2、人工邊界以解決有限截取模型邊界上波的反射問題，其中比較有代表性的有粘性邊界、旁軸近似邊界、疊加邊界、透射邊界和粘一彈性邊界等。但是這些邊界條件大多存在著邊界穩(wěn)定性和大角度入射的問題。 對于水利工程中的高混凝土壩，抗震分析多采用傳統(tǒng)的無質(zhì)量地基固定邊界模型，沒有考慮到地基的輻射阻尼作用以及波動的不均勻輸入。為了克服傳統(tǒng)方法存在的問題，同時也為了尋找一種簡單有效、能夠消除邊界反射影響的時域有限元方法，本文開展了一系列的研究工作：

3、 1．對現(xiàn)今比較常用的3種時域人工邊界條件：粘性邊界、透射邊界和粘一彈性邊界條件進行了尺寸效應(yīng)比較和研究，得出了在滿足精度要求的前提下每種邊界與所考察點的最小距離，即粘性邊界為1.5倍波源尺寸，粘一彈性邊界為0.75倍波源尺寸，透射邊界為1倍波源尺寸。 2．針對地震積分速度時程和位移時程存在的基線漂移問題，總結(jié)了一套行之有效的時域校正方法。 3．將粘一彈性邊界條件與隱式有限元相結(jié)合，并將其應(yīng)用于水利工程中重力壩和拱壩

4、的抗震分析中。 4．基于遠置人工邊界原理，結(jié)合非協(xié)調(diào)網(wǎng)格法，提出一種能考慮到遠域能量逸散效應(yīng)的時域有限元計算方法──逐步擴大網(wǎng)格法，并提出了相適用的波動輸入方法。采用逐步擴大網(wǎng)格法大大減少了計算量，提高了工作效率，而且避開了一般人工邊界存在的穩(wěn)定性和大角度入射的問題，從而也可以用于其他人工邊界的檢驗工作。并將逐步擴大網(wǎng)格法應(yīng)用于重力壩和烏東德拱壩的抗震分析中。 5．由于兩相介質(zhì)波動方程比較復(fù)雜，一般情況存在三種波（P<,