土石堤壩三維波場數(shù)值模擬及其特征研究.pdf

1、隨著國家對水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重視與經(jīng)濟社會發(fā)展的需要，我國政府加快了對水利投資的部署，并重點對堤壩的病險檢測與加固做出了規(guī)范性規(guī)劃，如何快速有效地對土石堤壩的隱患進行檢測是除險加固的前提。地震波檢測技術(shù)可以得到完整的運動學(xué)和動力學(xué)特征，信息豐富，安全度高，但在堤壩隱患診斷技術(shù)中還處于初步研究階段。鑒于此，論文依托國家自然科學(xué)基金項目(51279219)“基于三維波電場耦合全息成像的堤壩隱患診斷技術(shù)研究”，采用理論分析、數(shù)值模擬、信號處理

2、、模型試驗等多種手段相結(jié)合的研究方法，圍繞土石堤壩壩體內(nèi)部存在的隱患體對土石堤壩三維波場特征的影響規(guī)律進行了研究，同時基于研究成果提出了初步判斷隱患存在與位置的方法。主要研究內(nèi)容及成果如下:
　　1、在分析土石堤壩基本特征及隱患類型的基礎(chǔ)上，將土石堤壩等效為均勻各向同性的彈性體，提出了土石堤壩概化模型，含滲漏通道的土石堤壩概化模型;
　　2、基于彈性波基本原理，建立了土石堤壩波場特征分析的三維有限元模型。對影響波場特征分析的

3、震源、網(wǎng)格劃分及吸收邊界條件進行了研究，獲得了適合波動分析的激發(fā)方式和改進后的粘彈性邊界條件最佳調(diào)節(jié)系數(shù);
　　3、通過有無隱患土石堤壩波場的三維數(shù)值模擬，得到了有無隱患體存在時土石堤壩的波場特征。結(jié)果表明，無隱患體時，壩體表面質(zhì)點振動信號中無明顯散射波;存在隱患體時，直達波遇到隱患體會產(chǎn)生散射波，散射波由隱患位置向周圍傳播，到達壩體表面，壩體表面質(zhì)點振動信號表現(xiàn)出在直達波過后有強烈的散射波存在。通過分析有無隱患存在時的波場變化特

4、征，提出了根據(jù)波場特征變化來分辨壩體內(nèi)部是否存在隱患體的方法;
　　4、基于含隱患土石堤壩波場分析的三維有限元模型，研究了隱患體尺寸、材料及位置的變化對土石堤壩波場特征的影響，采用時頻分析方法對波場特征進行了分析，得到了對應(yīng)的波場變化規(guī)律。結(jié)果表明，波場特征與隱患體的屬性具有密切相關(guān)性，并據(jù)此提出了根據(jù)波場信息初步確定隱患體位置的方法;
　　5、通過理論與實踐相結(jié)合，建立了土石堤壩物理模型，對無隱患土石堤壩物理模型和存在隱患