项目名称: 大型地下厂房-洞室群地震响应分析的数值仿真模型研究

项目编号: No.50809013

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2009

项目学科: 电工技术

项目作者: 张运良

作者单位: 大连理工大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 本课题旨在研究如何建立地下洞室群及厂房结构的地震反应数值仿真模型。研究以溪落渡和小湾水电站及琅琊山抽水蓄能电站为工程背景,以工程地质调查为基础,以岩石力学及水工结构、高性能计算与仿真等学科的交叉结合为出发点,考虑了初始地应力场、厂房洞室分布开挖过程及柔性支护、软弱围岩的材料弹塑性、连续节理面的接触非线性、断续节理的断裂退化特性、围岩-厂房结构的相互作用等主要影响因素,以有限元法、有限差分法为手段,建立了进行大型地下厂房-洞室群静、动力反应分析的数值仿真模型;以大型商用软件为平台,通过自编程序开发了基于粘弹性边界、粘性边界、廖振鹏型透射边界的地震波竖直入射及斜入射的计算程序;结合多个工程实例进行了仿真计算,得到了地下洞室围岩及厂房结构的地震时频域反应特点;根据监测点位移是否突变、系统不平衡力是否收敛、塑性区是否贯通等判据进行了洞室围岩稳定性判别;基于强度折减法得到了洞室动力稳定安全系数;探讨了比例边界有限元法及三维非连续变形分析方法在考虑诸多复杂影响因素时的可行性。本课题的研究思路、方法及成果可为大型地下厂房-洞室群的地震灾变分析及控制提供有益参考,为此领域的研究进展积累宝贵经验。

中文关键词: 地下洞室群;厂房结构;地震分析;数值模型;计算机仿真

英文摘要: This project aims to study how to create numerical simulation models for seismic analysis of underground caverns and powerhouses. Some large real projects such as Xiluodu hydropowerstation,Xiaowan hydropowerstation and Langyashan pumped storage hydropowerstation were taken as the example and regional geological survey was taken as the research background. In the process, intersect points of related disciplines of rock mechanics, hydraulic structures, high performance computation and simulation, and fracture mechanics were be as a start to conduct the research. Some important influence factors such as initial ground stress, step excavation of caverns and flexible supports, nonlinear material properties of soft rocks, contact properties of continuous joint planes, fracture and degradation properties of intermittent joints and interaction of powerhouse structures with surrounding rocks were taken into account. Numerical models using finite element method and finite difference method were created respectively to perform static and dynamic analyses for different problems. Codes for realization of multi-order transmitting boundary and viscous spring boundary with corresponding seismic input methods (including vertical and varied inclined incident directions) were programmed and conveniently linked with general software platform. Seismic analysis characteristics of powerhouse structures and rocks surrounding underground caverns in time and frequency domain were presented and summarized. According to distributions of plastic zones, displacements of key points and unbalanced nodal force of system changing with time in the computation process, stability of surrounding rocks were checked. Using Strength Reduction Method the safety coefficient was obtained in dynamic stability analysis of Xiluodu caverns. Scaled Boundary Finite Elementary Method and Discontinuous Deformation Analysis method were discussed for their feasibility of application to this research when considering complex real influence factors stated above. Ideas,methods and results presented by this research can be a valuable reference to seismic analysis and hazard control of large underground powerhouses and caverns.

英文关键词: underground caverns;powerhouse structures;seismic analysis;numerical model;simulation by computer

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