拱坝坝肩稳定分析可视化软件设计
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摘要
随着计算机科学技术飞速发展，拱坝稳定分析的手段也越来越多样化，而拱坝坝肩稳定是拱坝稳定重要前提，因而它也就成为一个重要的研究课题。本文对拱坝坝肩稳定分析方法进行概述，较为深入的研究了刚体极限平衡法，以及非线性有限元在ANSYS中的运用。
针对传统程序的存在问题，非直观、不易操作特点，以刚体极限平衡法为基本分析方法，Visual Basic作为操作平台，结合AutoCAD图形软件，完成了刚体极限平衡法二维、三维坝肩稳定分析程序设计，使之具有直观性，可视性、易操作性，为设计人员提供了具有友好界面的工程使用软件
目前我国西部在建和将建一批300m级的高拱坝，运用有限元方法计分析拱坝稳定性、评判大坝安全度十分有必要。因此对大型结构分析软件ANSYS的三维非线性计算功能进行了深入研究，在此基础上完成了基于非线性有限单元法的高拱坝坝肩稳定计算分析。对工程人员应用国际通用结构计算软件，解决稳定分析问题，提供了一个使用的计算方案。
以小湾拱坝为例，进行三维非线性有限元仿真分析，分析其在正常工况下坝体、坝肩应力位移及断层对坝体影响情况。而后用降低强度法对坝体基岩的安全贮备进行分析。
With development of computer science, the analytic method of stability of arch dam abutment is more and more diversification. The stability of arch dam abutment is important prerequisite of stability of arch dam, so it becomes an important research subjects. In this paper, author has a summary to method of stability of arch dam abutment, research method of limited rigid body equilibrium and nonlinear FEM simulation analysis for arch dam designs based on ANSYS.
Because of limit that invisibility and discommodious in anciently program, based on the method of limited rigid body equilibrium, using visual program language VB and connect AutoCAD, realize plane and solid programme of abutment analysis of arch dam, provide alternation interface for designer.
Presently, our country constructing and will construct high 300m arch dam, it is important to judge security based on nonlinear FEM analysis. Basic theory of nonlinear FEM analysis and its realization in ANSYS were studied. Accomplish stability analysis of high arch dam abutment based on nonlinear FEM analysis. For the engineers, applying the general international construction calculation software, solving stability analysis problem, provides a usage calculation project.
Finally, take xiaowan arch dam for example, create modeled and FEM simulation analysis was performed, analyse the stress and displacement of the body and abutment of the dam and the infection of the faultage on the body of the dam under the normal work state Analysis margin of security to dam bedrock in method of reduce intensity of dam bedrock.
针对传统程序的存在问题，非直观、不易操作特点，以刚体极限平衡法为基本分析方法，Visual Basic作为操作平台，结合AutoCAD图形软件，完成了刚体极限平衡法二维、三维坝肩稳定分析程序设计，使之具有直观性，可视性、易操作性，为设计人员提供了具有友好界面的工程使用软件
目前我国西部在建和将建一批300m级的高拱坝，运用有限元方法计分析拱坝稳定性、评判大坝安全度十分有必要。因此对大型结构分析软件ANSYS的三维非线性计算功能进行了深入研究，在此基础上完成了基于非线性有限单元法的高拱坝坝肩稳定计算分析。对工程人员应用国际通用结构计算软件，解决稳定分析问题，提供了一个使用的计算方案。
以小湾拱坝为例，进行三维非线性有限元仿真分析，分析其在正常工况下坝体、坝肩应力位移及断层对坝体影响情况。而后用降低强度法对坝体基岩的安全贮备进行分析。
With development of computer science, the analytic method of stability of arch dam abutment is more and more diversification. The stability of arch dam abutment is important prerequisite of stability of arch dam, so it becomes an important research subjects. In this paper, author has a summary to method of stability of arch dam abutment, research method of limited rigid body equilibrium and nonlinear FEM simulation analysis for arch dam designs based on ANSYS.
Because of limit that invisibility and discommodious in anciently program, based on the method of limited rigid body equilibrium, using visual program language VB and connect AutoCAD, realize plane and solid programme of abutment analysis of arch dam, provide alternation interface for designer.
Presently, our country constructing and will construct high 300m arch dam, it is important to judge security based on nonlinear FEM analysis. Basic theory of nonlinear FEM analysis and its realization in ANSYS were studied. Accomplish stability analysis of high arch dam abutment based on nonlinear FEM analysis. For the engineers, applying the general international construction calculation software, solving stability analysis problem, provides a usage calculation project.
Finally, take xiaowan arch dam for example, create modeled and FEM simulation analysis was performed, analyse the stress and displacement of the body and abutment of the dam and the infection of the faultage on the body of the dam under the normal work state Analysis margin of security to dam bedrock in method of reduce intensity of dam bedrock.
引文
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[1]朱伯芳．中国拱坝建设的成就．水利发电，1999．10
[2]李同春．拱坝极限状态设计准则探讨．河海大学工学博士学位论文，1989
[3]黎展眉．拱坝[M]．水电出版社，1982
[4]汝乃华，姜忠胜．大坝事故与安全·拱坝．中国水利水电出版社，1995
[5]《全国拱坝新技术研讨会》论文集．河海大学．江苏省水力发电工程学会，2001．10
[6]章杭惠．混凝土拱坝病险及加固仿真分析．河海大学硕士论文，2003．3
[7]李瓒，陈兴华等．混凝土拱坝设计．中国电力出版社，2000．3
[8]柴军瑞，刘浩吾．高拱坝研究新进展．水利水电科技进展，2001．12
[9]温召旺，高拱坝设计中的有限单元法实用化研究．河海大学硕士论文，2002．3
[10]苏超，李俊宏，任青文．有限单元法在高拱坝坝肩动力稳定分析中的运用．河海大学学报，2003．2
[11]秦海鹏．高拱坝数字仿真及可视化设计系统．河海大学硕士论文，2003．4
[12]王钰．用VBA开发AutoCAD 2000应用程序．北京：人民邮电出版社，1999．10
[13]张广宇，高玉亮，刘淑静．用VBA二次开发AutoCAD的探讨．哈尔滨商业大学学报，2001．12
[14]谭建国。使用ANSYS6.0进行有限元分析．北京大学出版社
[15]史桂蓉，田晓东，张永清．使用VBA方法在AutoCAD上实现有限元网格划分．机械科学与技术，2001．7
[16]潘家铮．建筑物的抗滑稳定和滑坡分析．北京：水利出版社，1980
[17]秦海鹏，苏超．拱坝数字化建模及面向对象的图形程序设计．水利水电科技进展，2002．6
[18]黎展眉．拱坝主应力满应力设计的体会．贵州水力发电，2001
[19]王淑云，方保镕，王如云．数值分析方法．河海大学出版社，2002．2
[20]王毓泰等．拱坝坝肩岩体稳定分析．贵州人民出版社，1982．11
[21]傅作新．试论拱坝的上滑稳定性问题．水利学报，2003．1
[22]杨吉新．陈定方．可视化有限元软件的设计与实现．武汉交通科技大学学报，2000．4
[23]李晓军．朱合华．有限元可视化软件设计及其快速开发．同济大学学报，2001．4
[24]何光渝．Visual Basic常用数值算法集．北京：科学出版社，2002
[25]王国强．实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践．西安：西北工业大学出版社，2001．1
[26]Nilson A H, Non-linear analysis of reinforced concrete by the finite element method. ACI J, 1968,65(9)
[27]Finite Element Modeling of Reinforced Concrete Structures Strengthened with FRP Laminates Final Report, Damian Kachlakev, PhD Civil and
Environmental Engineering Department, California Polytechnic State University, San Luis Obispo, May 2001
[28]ANSYS非线性分析指南[M]．美国ANSYS公司北京办事处，2000．1
[29](英)欧文，D,R.J辛顿，E，塑性力学有限元：理论与应用．兵器工业出版社，1989
[30]陈厚群．高拱坝抗震分析和坝肩动力稳定性研究．水力发电，2001．8
[31]顾冲时．有限元法在分析拱坝坝肩稳定中的运用．大坝观测与土工测试，1996．6
[32]饶宏玲．溪洛渡水电站拱坝坝肩稳定研究．四川水力发电，2002．3
[33]云宪义，马志强．江口水电站拱坝坝肩三维抗滑稳定分析．东北水利水电，2002．11
[34]陆润民，李学志．计算机绘图．高等教育出版社，1999
[35]Microsoft corporation, Visual Basic Version 6.0 Programming System for Windows 95,1995
[36]任青文，钱向东等．高拱坝沿建基面抗滑稳定性的分析方法研究．水利学报，2002．2
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[38]刘光廷，徐增辉，胡昱．侧约束对拱坝坝体应力和位移的影响．清华大学学报(自然科学版)，2002．11
[39]王哲．林皋．混凝土的一种非相关流塑性本构模型．水利学报，2000．4
[40]Johnson L W, Riess R D. Numerical Analysis. 2nd ed.,Reading, Mass. Addison-Welsey, 1982
[41]陆严清．塑性变形理论及应用．国防工业出版社，1988．7
[42]张学言．岩土塑性力学．人民交通出版社，1993．9
[43]左东启，王世夏，林益才．水工建筑物．南京：河海大学出版社，1995．1
[44]肖明，余卫平．考虑温变荷载分析欧阳海薄拱坝的三维非线性有限元法．武汉大学学报(工学版)，2001．2
[45]模拟夹层的大变形有限元等厚节理单元模型．河海大学学报，P26-29，2000．5
[46]谢红强，何江达．小湾坝肩槽开挖高边坡稳定性三维有限元分析．红水河，2002．4
[47]夸克工作室．有限元基础篇ANSYS与Matlab．北京：清华大学出版社，2002
[48]赵代深，薄钟禾等．混凝土拱坝应力分析的动态模拟方法[J]．水利学报，1994．8
[49]宁玉普，赵国藩．钢筋混凝土结构分析中的有限单元法．大连：大连理工大学出版社，1994。
[50]裴爱国．高拱坝开裂机理探讨与开裂过程模拟—奥地利kolnbrein拱坝开裂成因分析，河海大学硕士论文，1996．3
[51]陈和群，彭宣茂．有限元法微机程序与图形处理．河海大学出版社，2001．12
[52]王仁，熊祝华，黄文彬．塑性力学基础．北京：科学出版社，1998．3
[53]惠卓，秦卫红，吕志涛．非线性空间有限元在钢筋砼分析中的应用．东南大学学报，1997．9
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[56]Hockney R W, Eastwood J W. Computer Simulation Using Particles. New York:McGraw-Hill 1981
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