基于锥体理论的三维拱坝无限地基SBFEM模型

基于锥体动力学理论,提出一种合理的三维拱坝无限地基SBFEM模型,利用具有马鞍面为表面的半无限空间代替拱坝无限地基。经算例验证,该模型精度可靠,能够方便高效地解决拱坝—无限地基的相互作用问题,从而拓展了SBFEM的应用范围。

无限地基辐射阻尼对溪洛渡拱坝地震响应的影响

用有限元、边界元和无限边界元(FE-BE-IBE)在时域内的耦合模型分析了溪洛渡拱坝的动力响应,在分析中考虑了无限地基辐射阻尼,结果表明辐射阻尼对拱坝的动力响应有显著的影响。又研究了辐射阻尼的不同影响因素,如水位、地基弹性模量和不同地震输入等。

应用无限地基方法研究打桩振动对海堤的影响

采用阻尼抽取法研究了无限地基法结构动力相互作用并分析打桩对海堤的影响。在原方法的基础上,本文提出采用较小的有限区域并在界面处附加弹簧和阻尼的方式来考虑无限地基法的影响。随后给出了适合于打桩激励参数的确定方法。最后,采用本文方法进行了工程实例计算,结果表明,本文方法实用可靠,不仅可以提高动力仿真的精度,而且可以降低计算量。

非均质无限地基上高拱坝的动力响应分析

地震作用下拱坝-无限地基的动力相互作用将对拱坝的地震响应产生重要影响。虽然很多学者曾经提出过各种相互作用的计算模型,但是绝大多数都是基于均质地基或有限地基假定的。利用比例边界有限元方法能够方便地模拟非均质无限域的优点,研究非均质无限地基对双曲高拱坝动力响应的影响。拱坝、地基和库水都利用比例边界有限元方法模拟,从而减少大量的计算量。在假定地基弹性模量随深度按指数变化的前提下,分析研究210 m高的大岗山双曲拱坝分别坐落在无质量地基、均质无限地基和非均质无限地基3种情况下的拱坝加速度频响曲线。通过与刚性较大的重力坝结构对比发现,无限地基的远场非均质特性对拱坝的动力响应影响较小。这是因为与重力坝不同,双曲高拱坝坝体与坝基之间的连接相对较为柔性,所以远场地基刚度变化对拱坝地震响应的影响较小。经进一步对近场地基刚度变化的分析发现,近场地基对拱坝地震响应产生一定影响。分析结果具有普遍意义,对强震区的高拱坝建设可以提供重要参考。

拱坝-无限地基系统非线性地震超载分析

汶川地震的经验表明,高拱坝可能遭受远超其设计烈度的强地震作用.研究拱坝的地震损伤破坏情况,探究其地震超载潜力,对于防止发生严重的地震灾变具有重要意义.在拱坝的动力分析中,采用宏观均质假定基础上考虑混凝土细观非均匀性影响的地震损伤破坏模型,以及基于阻尼溶剂抽取法的拱坝-地基动力相互作用模型以考虑无限地基辐射阻尼的影响,研究了拱坝在不同地震超载水平下的损伤破坏情况.结果表明,算例采用的拱坝在1倍和2倍设计地震动作用下损伤程度很轻;在3倍地震动作用下出现较多微裂纹,但并未聚集贯通形成宏观裂缝,从而保持了坝体的整体性和蓄水功能.由于在3倍设计地震动以内非线性程度都不严重,应力分布和坝顶加速度时程都表现出一致的趋势和形态.总的来说,该坝具有良好的地震超载能力.

无限地基中断层对混凝土大坝地震响应的影响

现有的结构地基动力相互作用分析方法很难同时模拟地基的无限特性和非均质特性。基于比例边界有限元方法(Scaled Boundary Finite Element Method,简称SBFEM),充分发挥其能够模拟延伸至无限远的复合材料,但不用离散材料之间的交界面的优点,主要分析了无限地基中断层对混凝土重力坝、拱坝的地震响应的影响。结果表明,断层的存在会对大坝的地震响应产生不同程度的影响,能够引起应力的重分布甚至严重的应力局部集中,所以在大坝抗震设计中和抗震安全评价中应该引起足够重视。

用粘性边界有限元法分析弹性半无限地基中的动力问题

本文使用设置粘性边界单元的有限元方法,分析了简谐集中激振力产生的地表位移反应,刚性基础及桩基础的阻抗函数等半无限地基中的动力问题。计算结果与其他数值分析方法结果的比较表明,粘性边界单元的有限元方法适用于分析弹性半无限地基中的动力问题。本文还讨论了有限元网格尺寸及模型大小对计算结果的影响。

无限地基的数值模拟

介绍了一种利用粘 -弹性边界模拟波向无穷远辐射的具有无穷边界问题的计算方法 .粘 -弹性人工边界不仅考虑了对散射波能量的吸收 ,还能模拟半无限地基的弹性恢复能力 .数值计算结果表明 :粘 -弹性边界精度高于粘性边界 。

半无限地基上框架结构动力性态研究

将半无限地基分为远域和近域，分别用超参映射动力无穷元和普通有限元模拟，提出一种上部结构与地基之间的耦合单元，从而建立了该系统的数值分析模型。基于该模型，分析研究了地基远域、地基与结构的弹模比、结构高宽比、以及输入方式对该系统动力特性的影响。计算结果表明：这种影响是明显的。

框架结构和半无限地基系统的动力相互作用问题研究

采用梁单元－有限元－映射动力无穷元耦合的方法，建立了频域中框架结构与半无限地基系统动力相互作用问题的分析模型，探讨了结构与地基动力相互作用对该系统的动力特性和地震响应的影响及影响参数．得到了一些规律性的结果和有益的结论，可为工程抗震设计提供参考．

无限地基辐射阻尼对核岛厂房结构地震响应的影响

无限地基辐射阻尼效应的有效模拟,是开展核岛厂房结构地震响应分析的核心技术问题,本文以Super FLUSH软件为研发平台,在地基有限域外边界施加粘性边界以耗散反射波波动能量,从而考虑无限地基辐射阻尼效应,进行核岛厂房结构地震响应分析。最后,以某地基条件下的CPR1000堆型反应堆厂房的集中质量简化模型为例,通过上述数值模型与刚性地基模型的对比分析,开展无限地基辐射阻尼对核岛厂房结构地震响应影响的研究,并就不同的地基弹性模量对无限地基辐射阻尼的影响进行了探讨。计算结果表明,软弱地基条件下辐射阻尼的作用明显,而该模型亦表现出良好的精度和计算效率。本文研究成果对类似核岛厂房结构的抗震分析具有一定参考价值。

无限地基相互作用力时域求解的阻尼溶剂逐步抽取法

无限地基相互作用力时域求解的精度及效率是面向实际工程结构动力分析的关键问题。基于阻尼抽取法模拟地基无限域动力特性的思想,从数值实现中的误差源出发,提出了一种施加较大附加人工阻尼再分步依次移频抽取的阻尼溶剂逐步抽取法,并给出了具体实现公式。该方法可以最大限度地消除反射波波动能量及抽取人工高阻尼的影响,提高了算法的精度,降低了人工高阻尼与地基区域大小的相互制约性,并能适应地基有限区域表面几何结构复杂多变的情况,具有较高的工程实用价值。最后,通过对典型三维半无限空间问题的动力反应分析,将计算结果与精确解,阻尼抽取法模型和粘弹性人工边界模型进行对比研究,证明了该方法具有良好的精度和计算效率,并对不规则地基有限域模型进行分析,验证其良好的工程适用性。

饱和无限地基动力反应的有限元分析

为分析饱和地基动力反应，讨论了用ｕ－ｐ 格式有限元数值解法。将土视为两相体，考虑水的渗流与土骨架变形的相互影响。引入考虑饱和土两相性情况下的传输边界，用以模拟地基无限性。推导了加入传输边界后的有限元方程，讨论了相应总体方程的无条件稳定交叉求解方法。通过饱和有限厚土层表面受条形简谐荷载作用的算例，对比两种不同的人工边界（自由边界、传输边界），并结合算例讨论了渗透系数对位移和孔压的影响及有限厚土层截止频率的存在和产生机理等有关问题。分析表明当量纲１ 的传输边界距离大于４ 时， 计算精度将满足实用要求； 另外，渗透系数的重要影响也说明了在饱和地基动力计算中考虑渗流的必要性。

基于逐步扩大网格法的饱和无限地基动力分析

饱和无限地基的动力分析是研究结构与饱和土共同作用的基础。当用有限区域模拟饱和无限地基时,将在人工截取的边界上发生波的反射,导致模拟失真。该文基于远置人工边界的原理,采用逐步扩大网格法的思想来解决这一问题。并通过算例验证了该方法的精度。该方法避免了饱和介质中其他人工边界实施上的繁琐,并且避开了其它人工边界存在的大角度入射情况以及稳定性问题等不确定因素,可以用于饱和介质中其他人工边界条件的检验工作。

无限均布压力作用下弹性地基的应力和位移

通过两个典型的半无限体实例,对水平表面作用无限均布压力下弹性地基的应力和位移解答进行研究,结果表明:对边界条件不明确的无限边界仅采用解答的必要非充分条件——平衡条件来等效处理,其应力解答不是唯一的,因为此时该边值问题不是一个适定的数学问题.对弹性地基梁板中的半无限大地基、底部完全位移约束的有限深地基和底部光滑刚性支承的有限深地基在水平表面作用无限均布压力时的应力和位移分量进行了比较,认为底部完全位移约束的有限深地基模型较其他两种地基模型更合理.

无限深透水地基上土石坝铺盖长度对坝基渗流的影响

采用边界元法研究无限深透水地基上土石坝铺盖长度对坝基渗流的影响。土石坝坝基渗流量随铺盖的延长逐渐减小,并呈抛物线形分布;当铺盖长度达到一定值时,水力坡降稳定且渗流量的变化也不明显。由此,提出了建在无限深透水地基上的土石坝水平铺盖长度与坝前水头的关系。

无限深透水地基上土石坝防渗墙位置对坝基渗流的影响

在无限深透水地基上修建土石坝,坝基防渗体常采用倒悬挂式防渗墙。垂直防渗墙的位置直接影响防渗墙深度和防渗效果,但以往的公式和经验不能明确其对坝基渗流量和渗透坡降的影响。为此,采用保角变换的方法,推导出无限深透水地基上土石坝坝基渗流量和下游出逸坡降公式,分析垂直防渗墙位置变化与坝基渗流的关系,以供设计人员参考。

无限深透水地基上土石坝坝基垂直防渗的保角变换渗流计算

近年来,在无限深透水地基或深厚覆盖层地基上修建土石坝的水利工程日趋增多,且有很多采用倒悬挂式防渗墙进行渗流控制.对于这种坝型的渗流计算,尚缺乏精确而简捷的理论公式,常采用近似的估算或经验公式.本文采用保角变换的方法,通过建立数学模型推导出在均质且理想边界条件下,土石坝基垂直防渗的渗透压力、渗流量和出逸坡降计算公式.公式简单,不仅可以计算渗透坡降和坝基渗流量,还可以计算渗透压力的分布,且相对于有限元和边界元计算模型,其计算量要小的多,计算结果的精度也能满足要求.

无限深透水地基上土石坝渗流计算方法初探

探讨了建在无限深透水地基上带水平铺盖的土石坝斜墙式防渗体渗透稳定时的计算模型,通过理论分析,简化复杂的边界条件,利用边界点法对其建立了数学模型。指出,边界点法仅需对边界进行剖分,不需对整个区域进行剖分,可代替传统的有限元法、有限差分法等。

半无限大弹性地基等效刚度公式及其应用

根据Mindlin关于一集中力作用在半空间弹性体中的位移公式,采用能量等效原理推导出半无限大弹性地基考虑基础埋深时基坑底部的法向等效刚度和切向等效刚度公式、基坑坑壁的法向等效刚度和切向等效刚度公式。同理根据Boussinesq关于半空间体在边界上受法向集中力的位移公式和Cerruti关于半空间体在边界上受切向集中力的位移公式,推导出不考虑基础埋深时地基的法向等效刚度和切向等效刚度公式,以及运用这些公式计算出半无限大弹性地基取不同地基土时的等效刚度。最后举例说明了这些等效刚度公式在分析高层和超高层建筑的上部结构、基础、地基的共同工作时的应用。