土卡河水电站厂房坝段三维有限元分析及遗传算法在深层抗滑稳定性分析中的应用

论文摘要

本文针对河床式电站厂坝联成一体,空间结构复杂的情况,综合运用三维非线性有限元及遗传算法理论对土卡河水电站厂房坝段的应力应变状态及坝基稳定性、失稳机理和滑移模式展开了系统的研究工作。 1、较为真实地建立了复杂坝体结构和地基相互作用的整体三维数值模型。对复杂坝体及坝基在不同工况下的应力应变状态展开分析,评价各工况下坝基的运行状态。 2、将有限元计算应力成果直接应用于水工结构设计配筋中,依据内力分布,积分得到计算截面的弯距和轴力,给出结构的配筋设计。 3、采用强度储备法对坝基的稳定性进行分析,模拟坝基破坏的渐进过程,从而得到坝基在强度储备法下的破坏模式,最终确定坝基的安全系数。 4、根据有限元法计算出的应力场定义深层任意滑裂面抗滑稳定安全系数,引入自适应遗传算法对重力坝的深层滑移路径进行搜索计算,从而确定最危险的滑移路径并得到相应定量的安全系数。 5、采用ExCEL VBA开发了一套能够成批自动绘制形式各异的数据图,并可依据用户指定样式自动进行图形拼合的程序,显著提高了绘图工作效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 重力坝设计理论的发展
• 1.2.1 重力坝应力分析方法
• 1.2.1.1 材料力学法
• 1.2.1.2 有限单元法
• 1.2.2 稳定问题的研究方法
• 1.2.2.1 沿坝基面的抗滑稳定分析
• 1.2.2.2 沿坝基岩体的抗滑稳定分析
• 1.3 土卡河床式电站的结构特点
• 1.4 本文研究思路
• 第二章 非线性有限元基本理论及批处理软件的开发
• 2.1 岩体弹塑性本构关系
• 2.1.1 弹性模型
• 2.1.2 弹塑性模型
• 2.1.3 实体单元屈服准则
• 2.2 夹层元本构关系
• 2.3 非线性有限元问题的解法
• 2.3.1 增量法
• 2.3.2 变刚度迭代法
• 2.3.3 增量变刚度迭代法
• 2.4 EXCEL批处理程序
• 2.4.1 批处理程序流程及文件准备
• 2.4.2 程序的具体实现
• 2.5 三维非线性有限元分析程序（FEMWIN）
• 第三章 土卡河水电站厂房坝段三维有限元模型
• 3.1 工程地质条件
• 3.2 荷载资料
• 3.3 计算范围和结构离散
• 3.4 方案选择及计算工况
• 3.4.1 研究方案
• 3.4.2 计算工况
• 3.4.3 边界约束
• 第四章 坝体结构特性研究
• 4.1 变位分析
• 4.1.1 顺河向及铅直向变位分析
• 4.1.2 坝顶面、立柱顶面及尾水平台顶面位移
• 4.1.3 同类坝型坝体的位移
• 4.2 应力分析
• 4.2.1 坝体及坝基应力分布
• 4.3 结构内力分析及配筋
• 4.3.1 坝体结构内力分布特征
• 4.3.2 配筋设计
• 4.4 本章小结
• 4.4.1 坝体及厂房应变
• 4.4.2 坝体及坝基应力
• 第五章 稳定性研究
• 5.1 坝基破坏发展过程与安全度分析
• 5.1.1 强度储备法
• 5.1.2 破坏过程与安全度
• 5.2 抗浮稳定性分析
• 5.2.1 坝体与基岩接触面应力分布
• 第六章 遗传算法基本理论及其在抗滑稳定中的实现
• 6.1 遗传算法基本理论
• 6.1.1 遗传算法的基本知识
• 6.1.2 遗传算法的基本思想
• 6.1.3 遗传算法的一般流程
• 6.1.4 遗传操作方法
• 6.2 遗传算法在深层抗滑稳定性分析中的应用
• 6.2.1 深层抗滑稳定性分析的遗传算法
• 6.2.1.1 滑动面染色体概念和目标函数的提出
• 6.2.1.2 染色体适应度的计算
• 6.2.1.3 染色体的生成
• 6.2.1.4 染色体的选择操作
• 6.2.1.5 自适应交叉及变异
• 6.2.2 遗传算法程序的实现
• 6.2.3 抗滑稳定性分析
• 6.3 本章小节
• 第七章 结论
• 参考文献
• 硕士研究生期间科研成果简介
• 声明
• 致谢