大型地下洞室群地震響應(yīng)與結(jié)構(gòu)面控制型圍巖穩(wěn)定研究
定 價：31.5 元
- 作者：張雨霆 著
- 出版時間：2014/1/1
- ISBN：9787307123755
- 出 版 社：武漢大學(xué)出版社
- 中圖法分類：TV731
- 頁碼：292
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16開
水力發(fā)電是我國能源供給的重要組成部分。我國西南地區(qū)是高地震烈度區(qū)，目前在建和待建的大型水電站多分布于西南地區(qū)的金沙江、雅礱江、瀾滄江和大渡河等流域，且多采用地下式廠房。大型地下洞室群規(guī)模大，空間分布和洞室所賦存的地質(zhì)條件都很復(fù)雜，一旦發(fā)生地震災(zāi)變，將嚴(yán)重影響國家的能源安全。目前，大型地下洞室群的地震響應(yīng)分析方法和安全評判準(zhǔn)則研究還很不充分，且缺乏系統(tǒng)性，因此研究大型地下洞室群的地震響應(yīng)分析和圍巖穩(wěn)定評判方法具有重大的現(xiàn)實意義，有利于為實際工程提供智力支持。
張雨霆編著的這本《大型地下洞室群地震響應(yīng)與結(jié)構(gòu)面控制型圍巖穩(wěn)定研究》圍繞大型地下洞室群地震響應(yīng)分析和圍巖穩(wěn)定評判中的幾個關(guān)鍵問題，即大型地下洞室群的地震響應(yīng)分析方法、動力計算的多尺度優(yōu)化方法、結(jié)構(gòu)面控制型圍巖破壞分析方法和地震作用下地下洞室群圍巖穩(wěn)定評判方法展開了研究和探討，提出了一系列方法，并編制了相應(yīng)的計算分析程序，通過算例驗證和實例應(yīng)用證明了所提方法的有效性和可靠性，取得了良好的應(yīng)用效果�！洞笮偷叵露词胰旱卣痦憫�(yīng)與結(jié)構(gòu)面控制型圍巖穩(wěn)定研究》主要包括以下幾個方面的研究內(nèi)容： （1）在查閱大量巖體動態(tài)響應(yīng)特性文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了巖體在地震荷載作用下的動態(tài)響應(yīng)規(guī)律，并以地下洞室為研究對象，通過數(shù)值計算，研究了地下洞室賦存巖體在地下荷載作用下的應(yīng)變率分布規(guī)律，為動力分析時巖體物理力學(xué)參數(shù)的取值提供依據(jù)。在總結(jié)歸納巖體在地震荷載作用下的動態(tài)響應(yīng)規(guī)律基礎(chǔ)上，提出地下洞室地震響應(yīng)分析的三維彈塑性損傷動力有限元方法，并將該方法應(yīng)用于汶川地震震中映秀灣水電站地下洞室的震損分析。工程應(yīng)用實例表明，數(shù)值計算成果的圍巖拉裂區(qū)、地震過程中巖體的位移總體變化規(guī)律、洞室圍巖特征部位的變形規(guī)律、圍巖應(yīng)力分布等指標(biāo)，都與現(xiàn)場調(diào)查結(jié)論較為一致，可以大致解釋在震害調(diào)查中所發(fā)現(xiàn)的各種震損現(xiàn)象。數(shù)值分析成果可信度高，且具備一定的代表性，為震后的加固和修復(fù)工作提供了參考。采用三維彈塑性損傷動力有限元方法對地下洞室地震響應(yīng)問題進(jìn)行概化和分析是合理可行的。
（2）針對大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)動力分析計算量大、耗時長的問題，提出了大型地下洞室群地震響應(yīng)的多尺度優(yōu)化分析方法。在時域尺度優(yōu)化方面，提出了結(jié)構(gòu)動力分析中實測強(qiáng)震加速度時域選取的優(yōu)化算法，能夠有效縮短計算采用的實測地震波持時，顯著縮短動力計算時間；在空間尺度優(yōu)化方面，提出了大型地下洞室群地震響應(yīng)分析的動力子模型法和動力計算模型及合理截取范圍的確定方法，使得洞室結(jié)構(gòu)動力計算模型能夠不建至地表，并縮減模型覆蓋范圍，有效地壓縮了動力分析計算量。實例分析不僅驗證了算法的有效性，也證明了算法的可靠性，為大型地下洞室群的地震響應(yīng)提供了一個顯著提升分析效率的實現(xiàn)途徑。
（3）針對有限元方法尚不能有效地分析地質(zhì)斷層滑移、塊體失穩(wěn)等結(jié)構(gòu)面控制型的圍巖破壞問題，提出了基于有限元方法的結(jié)構(gòu)面控制型圍巖破壞分析方法。該方法由結(jié)構(gòu)面建模、斷層結(jié)構(gòu)計算、塊體識別和塊體穩(wěn)定評價4部分組成。首先，提出了基于單元重構(gòu)的巖土工程復(fù)雜地質(zhì)斷層建模方法，實現(xiàn)了任意分布的復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的有限元快速建模；其次，提出了基于復(fù)合強(qiáng)度準(zhǔn)則的薄層單元地質(zhì)斷層結(jié)構(gòu)計算方法，實現(xiàn)了含地質(zhì)斷層結(jié)構(gòu)的地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析，能夠通過計算得到的層面張開、滑移狀態(tài)和層面滑動安全系數(shù)，評價地質(zhì)斷層對地下洞室的影響；然后，提出了基于有限元網(wǎng)格的地下洞室群三維復(fù)雜塊體系統(tǒng)識別算法，能夠在考慮地下洞室群復(fù)雜臨空面組合的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對洞周塊體的搜索和不穩(wěn)定塊體的識別；最后，提出了考慮層面應(yīng)力作用的塊體穩(wěn)定性分析方法，能夠使塊體的穩(wěn)定性評價考慮周邊圍巖對其的擠壓和剪切作用的影響，更符合地下洞室塊體的實際情況。該基于有限元的結(jié)構(gòu)面控制型圍巖破壞分析可概括為“結(jié)構(gòu)面建模一薄層單元計算一洞周塊體搜索一考慮層面應(yīng)力的塊體穩(wěn)定性評價 ”四個步驟，這些工作均在有限元模型基礎(chǔ)上完成，形成了一套完整的分析地下洞室結(jié)構(gòu)面控制型圍巖破壞的方法。算例驗證和與實際工程監(jiān)測資料對比表明：這一套方法較為有效地實現(xiàn)了有限元方法對地質(zhì)斷層滑移和塊體失穩(wěn)評價等結(jié)構(gòu)面控制型圍巖破壞分析，為地下洞室圍巖穩(wěn)定分析提供一個新的思路。
（4）針對地震作用下地下洞室圍巖穩(wěn)定評價的問題，提出了基于彈塑性損傷動力有限元的圍巖穩(wěn)定地震響應(yīng)松動判據(jù)。采用圍巖松動的概念，推導(dǎo)了圍巖出現(xiàn)松動時的損傷系數(shù)閾值，可采用彈塑性損傷動力有限元分析計算成果來評價圍巖在地震作用后的松動程度。然后，基于圍巖地震響應(yīng)分析的波動解法，探討了地震作用下地下洞室群的整體穩(wěn)定性評判方法，并對提出了震后加固措施效果的評價方法；結(jié)合結(jié)構(gòu)面控制型圍巖破壞的有限元分析方法，研究了地震作用對地下洞室地震斷層結(jié)構(gòu)和塊體穩(wěn)定的影響。
張雨霆，男，2011年畢業(yè)于武漢大學(xué)水利水電學(xué)院水利水電工程專業(yè)，獲博士學(xué)位。論文獲湖北省優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎�，F(xiàn)在長江水利委員會長江科學(xué)院工作。
第1章 緒論 1.1 選題背景和研究意義 1.1.1 地下工程的現(xiàn)狀 1.1.2 地震災(zāi)害概況 1.1.3 問題的提出 1.2 主要科學(xué)問題及國內(nèi)外研究進(jìn)展 1.2.1 地下 第1章 緒論 1.1 選題背景和研究意義 1.1.1 地下工程的現(xiàn)狀 1.1.2 地震災(zāi)害概況 1.1.3 問題的提出 1.2 主要科學(xué)問題及國內(nèi)外研究進(jìn)展 1.2.1 地下洞室群地震響應(yīng)分析的研究方法 1.2.2 大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)動力分析高效計算的實現(xiàn)途徑 1.2.3 地下洞室群圍巖穩(wěn)定分析方法 1.2.4 地震作用下洞室群圍巖穩(wěn)定判據(jù)研究 1.3 本書的研究內(nèi)容與技術(shù)路線第2章 三維彈性有限元動力計算平臺的開發(fā) 2.1 概述 2.2 系統(tǒng)運(yùn)動方程 2.2.1 動力平衡方程 2.2.2 單元剛度矩陣 2.2.3 單元質(zhì)量矩陣 2.2.4 單元阻尼矩陣 2.3 人工邊界條件 2.3.1 基本概念與分類 2.3.2 黏彈性人工邊界原理 2.3.3 等效黏彈性邊界單元與設(shè)置方法 2.4 地震荷載的輸入 2.4.1 動力分析問題的分類 2.4.2 人工邊界的波場分解 2.4.3 內(nèi)行波場的計算 2.4.4 輸入地震荷載的求解 2.5 運(yùn)動方程的求解 2.6 算例驗證 2.6.1 內(nèi)源荷載輸入 2.6.2 外源荷載輸入 2.7 結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析時的若干問題 2.7.1 地震波的選取 2.7.2 動力計算對模型網(wǎng)格尺寸的要求 2.7.3 強(qiáng)震監(jiān)測數(shù)據(jù)的濾波和基線校正 2.7.4 地下洞室地震響應(yīng)時輸入地震波的折減 2.7.5 近場實測強(qiáng)震數(shù)據(jù)的方向變換 2.8 本章小結(jié)第3章 地下洞室三維彈塑性損傷動力有限元分析 3.1 概述 3.2 地震荷載作用下巖體的動態(tài)響應(yīng)特性 3.2.1 巖體在動力荷載作用下的響應(yīng)特性 3.2.2 地震荷載作用下地下洞室的應(yīng)變率分布規(guī)律 3.2.3 洞室地震響應(yīng)分析時巖體物理力學(xué)參數(shù)的取值 3.2.4 本節(jié)小結(jié) 3.3 三維彈塑性損傷動力有限元分析 3.3.1 屈服準(zhǔn)則與塑性本構(gòu)關(guān)系 3.3.2 巖石損傷破壞的本構(gòu)方程 3.3.3 動力彈塑性損傷有限元迭代方法 3.3.4 動力分析計算基本過程 3.4 實例分析 3.4.1 工程概況 3.4.2 震后實地震損調(diào)查 3.4.3 實測強(qiáng)震數(shù)據(jù)分析 3.4.4 地下洞室地震響應(yīng)分析 3.4.5 本節(jié)小結(jié)第4章 大型地下洞室群地震響應(yīng)的多尺度優(yōu)化分析方法 4.1 概述 4.2 結(jié)構(gòu)動力分析中實測強(qiáng)震加速度時域選取的優(yōu)化算法 4.2.1 問題描述 4.2.2 基本思路 4.2.3 實測強(qiáng)震加速度數(shù)據(jù)能量的時域表示 4.2.4 瞬時能量下限值的確定 4.2.5 時域優(yōu)化過程中的若干問題處理 4.2.6 優(yōu)化算法的有效性驗證 4.2.7 優(yōu)化算法的可靠性驗證 4.2.8 優(yōu)化算法的實質(zhì) 4.2.9 結(jié)論和討論 4.3 大型地下洞室群地震響應(yīng)分析的動力子模型法 4.3.1 問題描述 4.3.2 基本思路 4.3.3 基于幅值折減的地震波動場計算 4.3.4 動力子模型法的實現(xiàn) 4.3.5 算例驗證 4.3.6 動態(tài)子結(jié)構(gòu)法及其與動力子模型法的區(qū)別 4.3.7 結(jié)論和討論 4.4 地下洞室地震響應(yīng)計算的結(jié)構(gòu)模型合理截取范圍確定方法 4.4.1 問題描述 4.4.2 基本方法 4.4.3 計算工況和參數(shù)設(shè)置 4.4.4 結(jié)構(gòu)計算模型的合理截取范圍分析 4.4.5 結(jié)論和討論 4.5 本章小結(jié)第5章 地下洞室群結(jié)構(gòu)面控制型圍巖破壞的有限元分析 5.1 概述 5.2 基于單元重構(gòu)的巖土工程復(fù)雜地質(zhì)斷層建模方法 5.2.1 問題描述 5.2.2 基本思路 5.2.3 基于單元重構(gòu)技術(shù)的結(jié)構(gòu)面建模 5.2.4 巖土工程中的復(fù)雜地質(zhì)斷層建模實例 5.2.5 含地質(zhì)斷層的重構(gòu)模型計算分析 5.2.6 討論 5.2.7 結(jié)論 5.3 基于薄層單元的地下洞室斷層結(jié)構(gòu)計算分析 5.3.1 基于形函數(shù)通用格式的多種形態(tài)單元計算 5.3.2 考慮復(fù)合強(qiáng)度準(zhǔn)則的地質(zhì)斷層結(jié)構(gòu)計算 5.3.3 實例分析 5.4 大型地下洞室群三維復(fù)雜塊體系統(tǒng)的搜索和穩(wěn)定分析 5.4.1 基于有限元網(wǎng)格的塊體識別方法 5.4.2 算例驗證 5.4.3 工程應(yīng)用 5.4.4 結(jié)論 5.5 考慮結(jié)構(gòu)面層面應(yīng)力作用的塊體穩(wěn)定分析 5.5.1 概述 5.5.2 考慮結(jié)構(gòu)面層面應(yīng)力作用的塊體穩(wěn)定計算 5.5.3 實例分析 5.5.4 討論第6章 地震作用下地下洞室群圍巖穩(wěn)定的安全評判方法 6.1 概述 6.2 基于彈塑性損傷動力有限元的圍巖穩(wěn)定地震響應(yīng)松動判據(jù) 6.2.1 基本思路 6.2.2 圍巖松動的評判標(biāo)準(zhǔn) 6.2.3 工程實例分析 6.3 基于地震響應(yīng)波動解法的地下洞室群圍巖穩(wěn)定性評判 6.3.1 基本理論 6.3.2 地震作用下地下洞室群的整體穩(wěn)定性評判 6.3.3 地震作用下地下洞室群圍巖局部穩(wěn)定分析第7章 結(jié)論與展望 7.1 結(jié)論 7.2 展望參考文獻(xiàn)攻博期間發(fā)表的論文及科研成果目錄致謝
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