考虑横缝的高拱坝-可压缩库水动力相互作用分析

摘要

高拱坝横缝张合和库水可压缩性对地震反应的影响研究是新建大坝抗震设计和已建大坝抗震安全性评估中的重要课题。本论文针对这一问题，以坝体和库水的流固耦合动力相互作用为研究对象，建立了带横缝高拱坝-可压缩库水系统的非线性有限元模型，对拱坝的动力反应和可压缩库水的库水动水压力反应进行了分析。论文主要研究内容有： 1．考虑到库水沿上游方向的无限性特点，论文通过两个有限元模型算例，对模拟无穷水库辐射阻尼的Sommerfeld人工边界的模拟效果进行了分析。 2．针对坝体和可压缩库水的流固耦合特性，比较了声学介质-结构交界面单元和声学介质-结构交界面命令模拟流固耦合边界的两种流固耦合方法，以及Newmark方法和α方法两种积分方法。 3．提出了线性约束及等式约束两种模拟横缝及库水连结的约束方法，建立了带横缝拱坝-可压缩库水系统的有限元模拟模型。应用所建立的带横缝拱坝-可压缩库水系统模型，分别讨论了当坝段考虑为相互独立和相互接触，库水连结为线性约束和等式约束，以及不考虑横缝拱坝时，系统的非线性地震反应，对主要观测点动水压力，位移值等进行了比较分析。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1.研究背景及意义

1.2.研究历史与现状

1.2.1.刚性坝面动水压力研究历史及现状

1.2.2.坝体-库水动力相互作用

1.2.3.库水上游方向能量辐射模拟

1.2.4.横缝对坝体动力相互作用的影响

1.3.本文主要研究内容

第2章非线性动力问题和流固耦合问题的有限元法

2.1.基本有限元方程

2.2.非线性求解方法

2.3.瞬态流固耦合问题的有限元法

2.3.1可压缩流体运动方程

2.3.2边界条件

2.3.3变分表述

2.3.4有限元离散公式

2.4.坝体-库水瞬态动力相互作用分析

2.5.本章小结

第3章人工边界

3.1.人工边界简介

3.1.1人工边界概述

3.1.2非局部人工边界

3.1.3局部人工边界

3.2.本文所用人工边界

3.3.人工边界算例

3.3.1一维算例

3.3.2二维算例

3.3.3透射边界与固定边界的比较

3.4.本章小结

第4章拱坝-可压缩库水系统

4.1.两种模拟流固耦合边界方法

4.1.1.声学接触面单元

4.1.2.声学介质-结构交界面

4.2.时域数值积分法简介

4.3.本文所用的积分方法

4.4.拱坝-可压缩性库水模型算例

4.4.1.刚性坝体条件下输入方式的比较

4.4.2.柔性坝体条件下流固耦合边界的比较

4.4.3.输入三向加速度流固耦合边界的比较

4.5.本章小结

第5章考虑横缝的高拱坝-可压缩性库水模型

5.1.本文提出的两种横缝连结的有限元实现

5.1.1多点约束联结

5.1.2等式型多点约束

5.2.横缝接触面及表面特性的有限元实现

5.2.1接触对模型

5.2.2表面特性

5.3.考虑横缝的高拱坝-可压缩性库水系统模型

5.4.独立坝段与接触坝段模型比较分析

5.4.1动水压力分析

5.4.2位移分析

5.5.线性约束与等式约束坝段模型比较分析

5.5.1动水压力分析

5.5.2位移分析

5.6.考虑横缝坝段模型与未考虑横缝模型比较分析

5.6.1动水压力分析

5.6.2位移分析

5.7.本章小结

第6章结论与展望

6.1.结论

6.2.进一步工作的展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文和参加的科研项目与取得的科研奖励

致谢