波浪作用下斜坡上護(hù)面塊體應(yīng)力分布數(shù)值模擬.pdf

1、斜坡式防波堤是近海沿岸工程中常用的防浪結(jié)構(gòu)物，其護(hù)面層既要起到消浪的效果，又要保持自身的穩(wěn)定。然而在極端海況下，護(hù)面層易發(fā)生水力失穩(wěn)和由于塊體斷裂破壞而引起的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。目前關(guān)于斜坡堤穩(wěn)定性的研究工作多基于物模試驗(yàn)，由于比尺效應(yīng)影響，物模試驗(yàn)結(jié)果往往不能正確反映原型結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。因此以原型尺度開展波浪作用下斜坡式防波堤護(hù)面塊體強(qiáng)度破壞的數(shù)值模擬研究工作具有十分重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價值。
　　本文基于FEM/DEM方法建立二維原型尺

2、度數(shù)值模型，模擬波浪荷載作用下斜坡上護(hù)面塊體內(nèi)部的應(yīng)力分布和斷裂破壞過程。其中結(jié)構(gòu)物的水動力荷載采用微幅波理論模擬，塊體的運(yùn)動和變形采用FEM/DEM方法模擬。采用基于勢函數(shù)的罰函數(shù)法計(jì)算分布式接觸力，混凝土塊體開裂采用Single/Smeared破壞模型模擬，并采用中心差分法的顯式積分算法進(jìn)行數(shù)值求解計(jì)算。模擬了塊體的自重應(yīng)力分布和塊體碰撞破壞的兩種類型，驗(yàn)證了數(shù)值模型應(yīng)力和變形的計(jì)算精度。通過數(shù)值模擬給出了不同波浪荷載下斜坡上護(hù)面塊

3、體的運(yùn)動特性、內(nèi)部應(yīng)力分布、裂縫形成和斷裂破壞過程，并給出了不同點(diǎn)的應(yīng)力歷時曲線，分析了不同波浪荷載作用下塊體內(nèi)部應(yīng)力變化規(guī)律，討論了極端海況作用下塊體的運(yùn)動變化趨勢和斷裂破壞特性。
　　在二維模型的基礎(chǔ)上，基于3DFEMDEM方法建立三維原型尺度數(shù)值模型，模擬波浪荷載作用下斜坡上護(hù)面塊體內(nèi)部的應(yīng)力分布。有限元計(jì)算采用高精度的有限應(yīng)變有限旋轉(zhuǎn)的二次四面體單元。比較分析了三維數(shù)值模型與ANSYS模型對自重作用下混凝土扭王字塊的內(nèi)部應(yīng)

4、力分布，并模擬了塊體下落碰撞過程的動應(yīng)力變化，驗(yàn)證了三維數(shù)值模型的應(yīng)力計(jì)算精度。應(yīng)用所建立的數(shù)值模型對線性波作用下斜坡上規(guī)則擺放的護(hù)面塊體內(nèi)部的應(yīng)力分布及其變化特性進(jìn)行了模擬分析，給出了不同點(diǎn)的應(yīng)力歷時曲線，并給出不同時刻的應(yīng)力分布圖和塊體運(yùn)動趨勢圖，深討了塊體內(nèi)部應(yīng)力的變化特性。
　　數(shù)值模擬結(jié)果表明:波浪作用下，塊體之間相互碰撞，接觸點(diǎn)應(yīng)力最大，其次為塊體肢體的連接部分，塊體表面各點(diǎn)應(yīng)力成周期性變化。扭王字塊整體穩(wěn)定性較好，不