土石堤坝三维波场数值模拟及其特征研究

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1、分类号TV698.14单位代码10618密级学号2120093007硕士学位论文土石堤坝三维波场数值模拟及其特征研究研究生姓名：邹颖导师姓名及职称：赵明阶教授申请学位类别工学硕士学位授予单位重庆交通大学一级学科名称水利工程论文提交日期2015年4月20日二级学科名称水工结构工程论文答辩日期2015年6月6日2015年6月8日StudyonThree-dimensionalNumericalSimulationandCharacteristicofWavefieldforEarth-rockDamADisse

2、rtationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZouYingSupervisor：Prof.ZhaoMingjieChongqingJiaotongUniversity,Chongqing,China摘要随着国家对水利基础设施建设的重视与经济社会发展的需要，我国政府加快了对水利投资的部署，并重点对堤坝的病险检测与加固做出了规范性规划，如何快速有效地对土石堤坝的隐患进行检测是除险加固的前提。地震波检测技术可以得到完整的运动学和动力学特征，信息丰富，安全度高，但在堤

3、坝隐患诊断技术中还处于初步研究阶段。鉴于此，论文依托国家自然科学基金项目(51279219)“基于三维波电场耦合全息成像的堤坝隐患诊断技术研究”，采用理论分析、数值模拟、信号处理、模型试验等多种手段相结合的研究方法，围绕土石堤坝坝体内部存在的隐患体对土石堤坝三维波场特征的影响规律进行了研究，同时基于研究成果提出了初步判断隐患存在与位置的方法。主要研究内容及成果如下：1、在分析土石堤坝基本特征及隐患类型的基础上，将土石堤坝等效为均匀各向同性的弹性体，提出了土石堤坝概化模型，含渗漏通道的土石堤坝概化模型；2、基

4、于弹性波基本原理，建立了土石堤坝波场特征分析的三维有限元模型。对影响波场特征分析的震源、网格划分及吸收边界条件进行了研究，获得了适合波动分析的激发方式和改进后的粘弹性边界条件最佳调节系数；3、通过有无隐患土石堤坝波场的三维数值模拟，得到了有无隐患体存在时土石堤坝的波场特征。结果表明，无隐患体时，坝体表面质点振动信号中无明显散射波；存在隐患体时，直达波遇到隐患体会产生散射波，散射波由隐患位置向周围传播，到达坝体表面，坝体表面质点振动信号表现出在直达波过后有强烈的散射波存在。通过分析有无隐患存在时的波场变化特征

5、，提出了根据波场特征变化来分辨坝体内部是否存在隐患体的方法；4、基于含隐患土石堤坝波场分析的三维有限元模型，研究了隐患体尺寸、材料及位置的变化对土石堤坝波场特征的影响，采用时频分析方法对波场特征进行了分析，得到了对应的波场变化规律。结果表明，波场特征与隐患体的属性具有密切相关性，并据此提出了根据波场信息初步确定隐患体位置的方法；5、通过理论与实践相结合，建立了土石堤坝物理模型，对无隐患土石堤坝物理模型和存在隐患的土石堤坝物理模型进行了波动测试试验。分析结果表明，土石堤坝物理模型有、无隐患体存在时其波场特征与

6、数值模拟基本吻合，利用数值模拟得到的基本结论和规律可以为现场测试得到的波动数据进行解释和结论推测，从而提高测试效率。关键词：土石堤坝，隐患诊断技术，波场特征，有限元分析，模型试验ABSTRACTWiththerequirementofeconomicdevelopment,thegovernmentpaysalotattentiontowaterinfrastructureconstruction.Asaresult,notonlytheplanningspeedofinvestmentonwatercon

7、servancyhasbeenaccelerated,butthedetectionofdamhiddendefectshasbeenplannednormatively.Howtodetectdamhiddendefectsquicklyandeffectivelyisthepremiseofreinforcement.Useseismicwavedetectiontechnology,theobjects’kinematicanddynamiccharacteristicscouldbeobtained

8、.However,usingthistechnologytodetectthehiddentroublesofearth-rockdamisstillintheprimaryresearchstage.Underthisbackground,basedontheprojectofNationalNaturalScienceFoundationofChina(NSFC)-Theresearchofdiagnosis