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基于 ANSYS 的模拟土堤坝模型
发布时间:2022年06月15日


尽管实验证明光纤传感器能够监测堤坝由于渗漏而导致的沉降,但对于堤坝沉降的大小程度还不能准确地进行定量判断。本文充分利用 ANSYS 软件方便模拟加载的优势,建立模拟堤坝模型,并对边界条件适当简化,结合实验结果合理加载,定量分析了堤坝模型沉降大小和光纤应变之间的关系。在 ANSYS 软件界面建立与实际实验尺寸相同的堤坝模型,并进行网格划分,如图 4 所示,( a )为整个模拟堤坝模型的网格划分示意图,( b )为光纤的网格划分示意图,( c )为模拟堤坝模型与光纤网格接触处的放大细节图。

图4 模拟土堤坝网格模型

Fig.4 Mesh model of the earth embankment dam model

由于土壤层的力学性能很难把握,土体的应力应变关系呈现为复杂的弹塑性本构关系[5],但是光纤的应变监测在大沉降发生之前,光纤和土层的变形均不大,故假定土坝发生大沉降之前,土体和光纤均呈现线性变化。利用可构造三维实体结构的 SOLID45 单元的性质构造模拟土堤坝的三维实体结构模型,每个单元通过 8 个节点定义,每个节点分别有沿着 x 、 y  和 z 3 个方向平移的自由度。假定定义的单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化、大变形和大应变能力。 由于 BEAM188 单元适合于分析从细长到中等粗短的梁结构,该单元基于铁木辛哥梁结构理论,并考虑了剪切变形的影响,因此非常适合用于建立堤坝模型中的光纤。 BEAM188 是三维线性(2 节点)或者二次梁单元,每个节点有 6 个或者 7 个自由度。在不考虑横截面子模型的基础上,BEAM188 支持弹性、蠕变和塑性模型,允许改变横截面惯性属性来实现轴向伸长的功能。默认情况下,通过截面面积的改变使得单元的体积变形后仍不变化,这种默认的值对于弹塑性应用是适用的。 理论分析中,模拟土堤坝模型和光纤的各参数值如表 1 所示[6,7]

表1 基本参数值表

Table1 The basic parameters



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