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混凝土面板堆石壩面板開(kāi)裂機(jī)理及效應(yīng)研究
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資料類(lèi)別
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化工建筑畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） |
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課程(專(zhuān)業(yè))
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水工結(jié)構(gòu)工程 |
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關(guān)鍵詞
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面板裂縫|開(kāi)裂機(jī)理 |
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適用年級(jí)
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大學(xué) |
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身份要求
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普通會(huì)員 |
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金 幣
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40 �。�金幣如何獲得？） |
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2017-12-28 17:36:00 |
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kj008 |
內(nèi)容簡(jiǎn)介：
混凝土面板堆石壩面板開(kāi)裂機(jī)理及效應(yīng)研究，畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，共126頁(yè)，64897字。
摘 要
混凝土面板堆石壩具有對(duì)不同地基條件適應(yīng)性強(qiáng)、施工快、工期短、投資省等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)論是大型還是中小型水電工程，都成為首選比較壩型，與碾壓混凝土壩和高拱壩并列成為最有發(fā)展前景的三類(lèi)壩型。對(duì)混凝土面板堆石壩而言，面板及其接縫止水組成的防滲系統(tǒng)是大壩的主要防滲結(jié)構(gòu)，面板的防裂問(wèn)題是關(guān)系到壩體安全和運(yùn)行性狀的一個(gè)重要課題。我國(guó)在面板堆石壩建設(shè)20多年的時(shí)間里，取得了一定的成績(jī)，但也有一些失敗的教訓(xùn)。西北口面板堆石壩的大量結(jié)構(gòu)性裂縫、株樹(shù)橋面板堆石壩面板的塌陷以及溝后面板砂礫石壩的垮壩等事故都昭示著我們：進(jìn)行混凝土面板堆石壩面板破壞機(jī)理及效應(yīng)研究具有重要意義。
目前，關(guān)于混凝土面板堆石壩面板應(yīng)力變形的分析研究，主要集中在計(jì)算其在水荷載和自重作用下的應(yīng)力變形，而認(rèn)為面板尺寸相對(duì)較小，將溫度應(yīng)力忽略不計(jì)，這顯然與混凝土面板堆石壩尤其是處于日溫差和年溫差較大的寒冷地區(qū)的面板壩面板的實(shí)際應(yīng)力變形情況不符。國(guó)內(nèi)外關(guān)于面板堆石壩面板裂縫成因的研究結(jié)果表明：面板裂縫尤其是貫穿性裂縫的產(chǎn)生主要是由于壩體的不均勻沉降及面板的溫度應(yīng)力共同作用的結(jié)果。針對(duì)這方面問(wèn)題，本文模擬混凝土面板堆石壩的施工過(guò)程，建立考慮面板溫度應(yīng)力、水荷載及自重等情況的應(yīng)力變形有限元計(jì)算模型，全面系統(tǒng)的研究混凝土面板的應(yīng)力變形特性，基于斷裂力學(xué)的基本原理，分析混凝土面板裂縫的產(chǎn)生機(jī)理及開(kāi)裂過(guò)程。
在充分掌握混凝土面板裂縫分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，預(yù)測(cè)分析了混凝土面板開(kāi)裂情況下堆石壩的滲流及應(yīng)力變形特性。首先，針對(duì)面板縫隙的物理特性，以等寬縫隙水流運(yùn)動(dòng)的規(guī)律為基礎(chǔ)，研究建立了面板縫隙滲流的計(jì)算模型。然后，以堆石體的孔隙率為橋梁，對(duì)多孔巖土介質(zhì)滲透系數(shù)與體積應(yīng)變之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行了推導(dǎo)，研究建立了混凝土面板堆石壩滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合分析的數(shù)學(xué)模型、有限元計(jì)算模型。最后，應(yīng)用本文建立的計(jì)算模型，對(duì)公伯峽面板堆石壩進(jìn)行了滲流場(chǎng)、滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合分析有限元仿真計(jì)算，預(yù)測(cè)分析了假定的面板開(kāi)裂情況下公伯峽混凝土面板堆石壩的滲流場(chǎng)及應(yīng)力變形分布規(guī)律，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比分析表明，本文的計(jì)算方法與計(jì)算模型是合理準(zhǔn)確的。
本論文的研究成果，可以方便、快速、準(zhǔn)確地計(jì)算面板的應(yīng)力變形分布規(guī)律，研究分析面板裂縫產(chǎn)生的機(jī)理及破壞過(guò)程，預(yù)測(cè)分析面板開(kāi)裂情況下，堆石壩的滲流與應(yīng)力變形特性，是進(jìn)一步研究混凝土面板堆石壩的理論基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：混凝土面板堆石壩；面板裂縫；開(kāi)裂機(jī)理；滲流特性；應(yīng)力變形特性
目 錄
1 緒論 1
1.1 混凝土面板堆石壩發(fā)展概況 1
1.2 混凝土面板開(kāi)裂機(jī)理研究進(jìn)展 2
1.2.1 面板開(kāi)裂影響因素研究現(xiàn)狀 2
1.2.2 混凝土面板堆石壩面板溫度應(yīng)力的研究現(xiàn)狀 3
1.2.3 混凝土面板堆石壩面板開(kāi)裂過(guò)程研究現(xiàn)狀 4
1.3 混凝土面板堆石壩的滲流及應(yīng)力變形特性研究進(jìn)展 6
1.3.1 混凝土面板堆石壩滲流特性研究現(xiàn)狀 6
1.3.2 混凝土面板堆石壩應(yīng)力變形特性研究現(xiàn)狀 6
1.3.3 混凝土面板堆石壩滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合分析研究現(xiàn)狀 7
1.4 本文研究?jī)?nèi)容和方法 9
1.4.1 本文研究?jī)?nèi)容 9
1.4.2 預(yù)期目標(biāo) 10
1.4.3 研究方法和技術(shù)路線 10
1.5 研究意義及創(chuàng)新之處 11
1.5.1 研究意義 11
1.5.2 本論文的創(chuàng)新之處 11
2 混凝土面板堆石壩溫度應(yīng)力仿真計(jì)算研究 13
2.1 混凝土水化熱溫升變化規(guī)律 13
2.1.1 水泥水化熱變化規(guī)律 13
2.1.2 混凝土的絕熱溫升變化規(guī)律 13
2.2 熱傳導(dǎo)理論 14
2.2.1 熱傳導(dǎo)的基本微分方程 14
2.2.2 熱傳導(dǎo)方程的定解條件 15
2.3 混凝土面板溫度應(yīng)力分析的彈性基礎(chǔ)梁法 16
2.4 混凝土面板溫度應(yīng)力分析的有限元法 17
2.4.1 穩(wěn)定溫度場(chǎng)有限元分析 17
2.4.2 非穩(wěn)定溫度場(chǎng)有限元分析 18
2.4.5 溫度應(yīng)力有限元分析 21
2.5 混凝土面板的溫度徐變應(yīng)力 23
2.5.1 混凝土材料的徐變 23
2.5.2 混凝土徐變應(yīng)力分析 25
2.6 公伯峽混凝土面板堆石壩面板溫度應(yīng)力仿真計(jì)算 27
2.6.1 公伯峽混凝土面板堆石壩工程概況 27
2.6.2 計(jì)算基本條件 28
2.6.3 計(jì)算工況 30
2.6.4 有限元計(jì)算模型 31
2.6.5計(jì)算結(jié)果分析 31
2.6.6 計(jì)算結(jié)果與觀測(cè)結(jié)果的對(duì)比 41
2.7 本章小結(jié) 42
3 混凝土面板應(yīng)力變形特性有限元分析 43
3.1 面板堆石壩應(yīng)力變形數(shù)值計(jì)算的材料本構(gòu)模型 43
3.1.1 混凝土面板的本構(gòu)模型 43
3.1.2 散粒體材料的本構(gòu)模型 44
3.1.3 中點(diǎn)增量法 45
3.2 混凝土面板與墊層之間的接觸面 45
3.3 基于ADINA軟件的面板堆石壩應(yīng)力變形仿真計(jì)算 47
3.3.1 ADINA軟件的二次開(kāi)發(fā) 47
3.3.2 ADINA軟件對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題的模擬 49
3.3.3 ADINA軟件計(jì)算流程 50
3.4 公伯峽混凝土面板堆石壩應(yīng)力變形有限元分析 52
3.4.1 有限元計(jì)算模型 52
3.4.2 計(jì)算參數(shù) 52
3.4.3 計(jì)算工況 53
3.4.4 計(jì)算結(jié)果分析 53
3.4.5 計(jì)算結(jié)果與觀測(cè)結(jié)果的對(duì)比分析 56
3.5 本章小結(jié) 58
4 混凝土面板開(kāi)裂機(jī)理及破壞過(guò)程研究 59
4.1 混凝土面板結(jié)構(gòu)特征 59
4.2 混凝土面板初始微裂縫的形成機(jī)理 61
4.2.1 面板與墊層結(jié)合關(guān)系的描述 61
4.2.2 面板微裂縫形成機(jī)理的定性分析 63
4.2.3 面板微裂縫形成機(jī)理的定量分析 64
4.3 基于斷裂力學(xué)原理的混凝土面板裂縫破壞過(guò)程研究 66
4.3.1 斷裂力學(xué)的基本原理 66
4.3.2 應(yīng)力強(qiáng)度因子的有限元計(jì)算方法 68
4.3.3 應(yīng)力強(qiáng)度因子的線性擬合求解方法 70
4.3.4 混凝土面板裂縫斷裂力學(xué)分析模型 71
4.3.5 混凝土面板裂縫擴(kuò)展過(guò)程分析 71
4.4 本章小結(jié) 72
5 面板開(kāi)裂情況下堆石壩的滲流計(jì)算模型研究 73
5.1 穩(wěn)定滲流計(jì)算的基本理論 73
5.1.1 達(dá)西定律 73
5.1.2 穩(wěn)定滲流的連續(xù)性方程 74
5.1.3 穩(wěn)定滲流基本微分方程 75
5.1.4 穩(wěn)定滲流基本微分方程的定解條件 75
5.2 三維穩(wěn)定滲流有限元計(jì)算原理 76
5.3 混凝土面板堆石壩面板縫隙滲流計(jì)算模型 77
5.3.1 面板縫隙穩(wěn)定流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 77
5.3.2 面板接縫的滲流計(jì)算模型 78
5.3.3 面板裂縫的滲流計(jì)算模型 80
5.4 混凝土面板堆石壩滲流有限元計(jì)算模型 84
5.5 應(yīng)用工程實(shí)例 85
5.5.1 計(jì)算工況 85
5.5.2有限元計(jì)算模型 86
5.5.3 計(jì)算參數(shù) 87
5.5.4 計(jì)算結(jié)果分析 87
5.5.5 與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比 90
5.6 本章小結(jié) 91
6 面板開(kāi)裂情況下堆石壩的滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合分析研究 92
6.1 巖土多孔介質(zhì)飽和滲流的基本規(guī)律 92
6.1.1 非穩(wěn)定滲流的微分方程 92
6.1.2 非穩(wěn)定滲流基本微分方程的定解條件 96
6.1.3 有限元方程 97
6.2 混凝土面板堆石壩滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的耦合原理 98
6.2.1 滲流場(chǎng)對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的影響 98
6.2.2 應(yīng)力場(chǎng)對(duì)滲流場(chǎng)的影響 100
6.3 面板堆石壩滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合分析的有限元方程 100
6.3.1 應(yīng)力場(chǎng)有限元方程 100
6.3.2 滲流場(chǎng)有限元方程 101
6.3.3 滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合分析的有限元方程 102
6.4 面板堆石壩滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合分析的步驟 102
6.5 應(yīng)用實(shí)例 103
6.5.1 計(jì)算模型 103
6.5.2 計(jì)算參數(shù) 104
6.5.3 計(jì)算結(jié)果分析 105
6.5.3 計(jì)算結(jié)果分析 105
6.6 本章小結(jié) 108
7 結(jié)論與展望 109
7.1結(jié)論 109
7.2 展望 110
致 謝 111
參考文獻(xiàn) 112
附 錄 118
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