重力坝水力劈裂分析的扩展有限元法

摘要：

水力劈裂是高坝在高水压作用下发生破坏的主要诱因之一。针对常规有限元法分析水力劈裂问题存在的缺点,研究了采用新兴的扩展有限元法（XFEM）进行重力坝水力劈裂数值模拟的方法。通过建立考虑裂纹面水压力作用问题的虚功原理,推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的有限元列式;给出了反映裂纹面不连续性的不连续函数数值积分方法、开裂判断准则、应力强度因子的积分方法以及裂纹面扩展过程模拟方法,从而给出了模拟裂纹面有分布水压力载荷作用的水力劈裂问题扩展有限元实现方法。最后通过向家坝重力坝坝踵水力劈裂数值分析,展示了该方法的可行性和优越性。算例表明应用扩展有限元法进行水力劈裂分析可克服常规有限元法的缺点,不需要裂纹面与有限元网格一致,不需要在裂缝周围布置高密度网格,模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,极大地简化了前处理工作。

关键词：扩展有限元、水力劈裂、重力坝、向家坝、数值分析

所属期刊栏目：42

分类号：TV314(水工结构)

资助基金：国家重点基础研究发展计划973项目基金资助项目2007CB714104;重庆交通大学省部共建水利水运工程教育部重点实验室开放基金资助项目SLK2008B04;重庆交通大学科研启动经费资助项目kjc-09-004

在线出版日期：2012-04-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：1361-1367