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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):1-7 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):1-7 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): 1-7. (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): 1-7. (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
    下载: 导出CSV
  • [1] 贾欣. 基于扩展有限元法的重力坝坝踵裂缝分析研究[D]. 郑州: 郑州大学, 2019.

    JIA Xin. Studies on crack problem in gravity dam heel based on extended finite element method[D]. Zhengzhou: Zhengzhou University, 2019. (in Chinese)
    [2] BELYTSCHKO T, BLACK T. Elastic crack growth in finite elements with minimal remeshing[J]. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 1999, 45(5): 601-620. doi:  10.1002/(SICI)1097-0207(19990620)45:5<601::AID-NME598>3.0.CO;2-S
    [3] 杜效鹄, 段云岭, 王光纶. 重力坝断裂数值分析研究[J]. 水利学报,2005,36(9):1035-1042. (DU Xiaohu, DUAN Yunling, WANG Guanglun. Numerical analysis of fracture in gravity dam[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2005, 36(9): 1035-1042. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:0559-9350.2005.09.003
    [4] 方修君, 金峰. 裂隙水流与混凝土开裂相互作用的耦合模型[J]. 水利学报,2007,38(12):1466-1474. (FANG Xiujun, JIN Feng. Coupling model for interaction between fissure water and cracking in concrete[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2007, 38(12): 1466-1474. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:0559-9350.2007.12.009
    [5] 方修君, 金峰, 王进廷. 基于扩展有限元法的Koyna重力坝地震开裂过程模拟[J]. 清华大学学报(自然科学版),2008,48(12):2065-2069. (FANG Xiujun, JIN Feng, WANG Jinting. Seismic fracture simulation of the Koyna gravity dam using an extended finite element method[J]. Journal of Tsinghua University (Science and Technology), 2008, 48(12): 2065-2069. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1000-0054.2008.12.010
    [6] 董玉文, 任青文. 重力坝水力劈裂分析的扩展有限元法[J]. 水利学报,2011,42(11):1361-1367. (DONG Yuwen, REN Qingwen. An extended finite element method for modeling hydraulic fracturing in gravity dam[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2011, 42(11): 1361-1367. (in Chinese)
    [7] 高景泉, 郑安兴, 毛前. 基于扩展有限元法的重力坝水力劈裂分析[J]. 水电能源科学,2018,36(10):95-97, 123. (GAO Jingquan, ZHENG Anxing, MAO Qian. Hydraulic fracturing analysis of gravity dam based on extended finite element method[J]. Water Resources and Power, 2018, 36(10): 95-97, 123. (in Chinese)
    [8] 钟红, 林皋, 李红军. 坝基界面在非线性水压力驱动下的非线性断裂过程模拟[J]. 工程力学,2017,34(4):42-48. (ZHONG Hong, LIN Hao, LI Hongjun. Nonlinear fracture simulation of dam-foundation interface driven by nonlinear water pressure[J]. Engineering Mechanics, 2017, 34(4): 42-48. (in Chinese)
    [9] 郑志芳, 李宗利, 孙丽丽. 动力荷载作用下裂缝水力劈裂效应研究[J]. 水利水运工程学报,2010(2):45-50. (ZHENG Zhifang, LI Zongli, SUN Lili. Hydraulic fracturing effects of cracks under dynamic loads[J]. Hydro-Science and Engineering, 2010(2): 45-50. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1009-640X.2010.02.008
    [10] 江守燕, 杜成斌. 动载下缝间应力强度因子计算的扩展有限元法[J]. 应用数学和力学,2013,34(6):586-597. (JIANG Shouyan, DU Chengbing. Evaluation on stress intensity factors at the crack tip under dynamic loads using extended finite element nethods[J]. Applied Mathematics and Mechanics, 2013, 34(6): 586-597. (in Chinese)
    [11] DAUX C, MOËS N, DOLBOW J, et al. Arbitrary branched and intersecting cracks with the extended finite element method[J]. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2000, 48(12): 1741-1760. doi:  10.1002/1097-0207(20000830)48:12<1741::AID-NME956>3.0.CO;2-L
    [12] YANG J Z, DEEKS A J. Fully-automatic modelling of cohesive crack growth using a finite element-scaled boundary finite element coupled method[J]. Engineering Fracture Mechanics, 2007, 74(16): 2547-2573. doi:  10.1016/j.engfracmech.2006.12.001
    [13] 刘钧玉, 林皋, 胡志强, 等. 裂纹内水压分布对重力坝断裂特性的影响[J]. 土木工程学报,2009,42(3):132-141. (LIU Junyu, LIN Hao, HU Zhiqiang, et al. Effect of in-crack water pressure distribution on the fracture behavior of concrete gravity dams[J]. China Civil Engineering Journal, 2009, 42(3): 132-141. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1000-131X.2009.03.022
  • [1] 程井, 李培聪, 李同春, 袁平.  基于MCMC法的混凝土坝坝体坝基变形模量随机反演 . 水利水运工程学报, doi: 10.12170/20181218001
    [2] 胡少伟, 娄本星, 尹阳阳, 叶宇霄.  蒸养混凝土早期断裂性能研究 . 水利水运工程学报, doi: 10.12170/20191226004
    [3] 张秋宇, 王立成.  基于能量法的水环境混凝土疲劳裂缝扩展模型 . 水利水运工程学报, doi: 10.12170/20190303001
    [4] 李炎隆, 张宁, 曹智昶, 宫晓华.  坝踵混凝土体型对混凝土面板应力变形的影响 . 水利水运工程学报, doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.01.002
    [5] 陈灯红, 谢京辉, 杨乃鑫.  基于增量动力分析的混凝土重力坝抗震性能分析 . 水利水运工程学报,
    [6] 王志坤, 杨璐.  基于附加质量的混凝土重力坝地震仿真分析 . 水利水运工程学报,
    [7] 胡少伟, 米正祥.  钢筋混凝土三点弯曲梁裂缝扩展过程模拟 . 水利水运工程学报,
    [8] 蔡云鹏, 田 英, 汤徐敏.  接触面抗剪断强度离散性对重力坝稳定的影响 . 水利水运工程学报,
    [9] 李同春,厉丹丹,王志强.  基于有限元响应面法的重力坝抗拉可靠度分析 . 水利水运工程学报,
    [10] 贲能慧,任旭华,许朴.  复杂多滑动面混凝土重力坝稳定分析与安全评价 . 水利水运工程学报,
    [11] 焦爱萍,刘宪亮,许新勇.  宝泉浆砌石重力坝三维有限元动力分析 . 水利水运工程学报,
    [12] 余天堂,陆晓敏,任青文.  糯扎渡混凝土重力坝左岸稳定性分析 . 水利水运工程学报,
    [13] 唐洪祥,邵龙潭,宋春红.  正弦波作用下模型坝的有限元边坡稳定分析 . 水利水运工程学报,
    [14] 庞作会.  龙滩碾压混凝土重力坝及其防渗面板的应力分析 . 水利水运工程学报,
    [15] 陈观福,张楚汉,伍鹤皋.  地下埋藏式压力钢管非线性有限元分析 . 水利水运工程学报,
    [16] 曹庆明.  渔洞水库重力坝抗震分析 . 水利水运工程学报,
    [17] 汪基伟,吴胜兴.  尾水管施工期温度裂缝钢筋混凝土有限元计算 . 水利水运工程学报,
    [18] 丁方中,许协庆.  溢流坝顶闸下出流的有限元分析 . 水利水运工程学报,
    [19] 杨继华.  地震作用下重力坝动力特性的探讨 . 水利水运工程学报,
    [20] 王良琛.  重力坝与地基动力相互作用的有限单元分析 . 水利水运工程学报,
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-07
  • 网络出版日期:  2020-09-16

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