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缝面水压力与地震作用下重力坝坝踵裂缝扩展数值模拟

胡良明 李姝钰 贾欣 杨旭

胡良明,李姝钰,贾欣,等. 缝面水压力与地震作用下重力坝坝踵裂缝扩展数值模拟[J]. 水利水运工程学报,2020(5):72-78 doi:  10.12170/20190907001
引用本文: 胡良明,李姝钰,贾欣,等. 缝面水压力与地震作用下重力坝坝踵裂缝扩展数值模拟[J]. 水利水运工程学报,2020(5):72-78 doi:  10.12170/20190907001
(HU Liangming, LI Shuyu, JIA Xin, et al. Numerical simulation of crack propagation in gravity dam heel under in-crack water pressure and earthquake action[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(5): 72-78. (in Chinese)) doi:  10.12170/20190907001
Citation: (HU Liangming, LI Shuyu, JIA Xin, et al. Numerical simulation of crack propagation in gravity dam heel under in-crack water pressure and earthquake action[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(5): 72-78. (in Chinese)) doi:  10.12170/20190907001

缝面水压力与地震作用下重力坝坝踵裂缝扩展数值模拟

doi: 10.12170/20190907001
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51609217)
详细信息
    作者简介:

    胡良明(1963—),男,河南光山人,教授,主要从事水工结构工程数值模拟及优化设计研究。E-mail:liangmingh@zzu.edu.cn

    通讯作者:

    李姝钰(E-mail:1523809566@qq.com)

  • 中图分类号: TV313

Numerical simulation of crack propagation in gravity dam heel under in-crack water pressure and earthquake action

  • 摘要: 为研究不同工况下,地震与缝面水压力共同作用对重力坝坝踵裂缝扩展的影响,以Koyna重力坝为例,利用扩展有限元法(XFEM)和相互作用积分理论,建立缝面水压力和地震共同作用下的重力坝坝踵裂缝断裂数学模型,研究不同的坝基与坝体弹模比、初始裂缝长度、缝面水压力分布对坝踵裂缝扩展的影响。计算结果表明:在缝面水压力均匀分布、初始裂缝长度一定的情况下,裂缝扩展长度随坝基与坝体弹模比的增大逐渐减小,扩展路径向坝基面靠拢;在坝基与坝体弹模比一定、缝面水压力均匀分布的情况下,裂缝扩展路径随着初始裂缝长度的增加逐渐增加且趋近坝基面;当坝基与坝体弹模比和初始裂缝长度一定时,随着缝面水压力系数的增大,裂缝扩展长度逐渐减小,裂缝逐渐向岩基扩展。
  • 图  1  重力坝计算模型及网格划分示意

    Figure  1.  Gravity dam calculation model and grid partition schematic diagram

    图  2  地震波加速度时程曲线

    Figure  2.  Time history graph of seismic wave acceleration

    图  3  x方向最大主应力云图(单位:Pa)

    Figure  3.  Maximum principal stress of x (unit: Pa)

    图  4  不同工况下的动态裂缝扩展路径

    Figure  4.  Dynamic crack propagation path under different working conditions

    表  1  计算工况

    Table  1.   Calculation conditions

    工况编号E2/E1a /mn
    1 1.0,1.5,2.0,5.0,10.0 3 0
    2 1.0,1.5,2.0,5.0,10.0 5 0
    3 1.0,1.5,2.0,5.0,10.0 8 0
    4 1.0 3, 5, 8 0
    5 1.0 5 0, 1, 2
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    表  2  等效应力强度因子Keq

    Table  2.   Calculation table of equivalent stress intensity factor Keq

    时间/sKeq/(MPa·m1/2)时间/sKeq/(MPa·m1/2)时间/sKeq/(MPa·m1/2)时间/sKeq/(MPa·m1/2)时间/sKeq/(MPa·m1/2)
    10.1 2.69×106 11.5 4.58×106 12.9 1.31×105 14.3 6.75×106 15.7 5.31×106
    10.2 2.94×106 11.6 4.32×106 13.0 1.66×105 14.4 6.45×106 15.8 4.88×106
    10.3 3.21×106 11.7 3.89×106 13.1 3.83×105 14.5 7.38×106 15.9 4.66×106
    10.4 3.49×106 11.8 3.47×106 13.2 6.47×105 14.6 6.88×106 16.0 4.03×106
    10.5 3.79×106 11.9 2.94×106 13.3 1.19×106 14.7 7.23×106 16.1 3.70×106
    10.6 4.09×106 12.0 2.49×106 13.4 1.72×106 14.8 7.42×106 16.2 2.97×106
    10.7 4.37×106 12.1 1.99×106 13.5 2.37×106 14.9 7.31×106 16.3 2.53×106
    10.8 4.63×106 12.2 1.56×106 13.6 2.91×106 15.0 7.30×106 16.4 1.83×106
    10.9 4.86×106 12.3 1.11×106 13.7 3.62×106 15.1 6.92×106 16.5 1.20×106
    11.0 5.02×106 12.4 7.65×105 13.8 4.18×106 15.2 6.65×106 16.6 5.22×105
    11.1 5.12×106 12.5 4.91×105 13.9 4.85×106 15.3 6.93×106 16.7 3.81×104
    11.2 5.14×106 12.6 2.70×105 14.0 5.32×106 15.4 6.41×106 16.8 9.26×102
    11.3 4.93×106 12.7 1.70×105 14.1 6.15×106 15.5 6.20×106 16.9 4.85×103
    11.4 4.86×106 12.8 9.48×104 14.2 6.68×106 15.6 5.41×106 17.0 2.30×105
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-07
  • 网络出版日期:  2020-09-16
  • 刊出日期:  2020-10-16

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