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工况及边界条件的分析与简化
发布时间:2022年06月16日



由于光纤的尺寸足够小,光纤埋设于堤坝中不会改变堤坝的强度,埋入堤坝中的光纤发生变形时随周围土层的形变而发生变形,与周围接触土层之间未发生大的相对摩擦,即光纤与周围土层可视为一个整体,但光纤的材料和单元与堤坝土体不一样,分析时分别建立了土层和光纤的模型,并设置了相应的参数。由于模型坝采用的 SOLID45 和光纤单元 BEAM188 节点不相容,因此,实施模拟运算前对两个单元接触面节点进行了节点耦合。

一般光纤所受的压力随渗漏发生的大小程度而变化,渗漏程度越严重,光纤所受来自塌陷土层的压力将越大。当渗漏逐渐严重甚至发生塌陷时,光纤会在急剧塌陷的土层作用下发生大的变形。实验中发生大流量时,渗漏通道上的土层最厚处发生了塌陷,即在出溢点附近的土体出现了较大范围的沉降和塌陷,坝中沉降上方对应光纤段显示应变陡增。对于建立的 ANSYS 模拟土堤坝模型,在对模型约束和加载时,考虑到模拟堤坝底层土相对地面不会发生移动,则首先对光纤两端和模拟坝底部施加全约束,然后在发生沉降的坑土范围表面逐步施加不同大小的载荷。如图 5 所示,划分网格时把模拟堤坝模型的上表面分成 20 × 12 个单元,发生塌陷的范围相当于图中深色框的加载区域。最后对模拟堤坝模型进行分析和后处理,输出所求参数和结果。图 6为模拟堤坝模型加载后的等效应变图,在加载中心部位凹陷最为厉害,应变值最大,ANSYS 分析结果和实际实验塌陷的外观图吻合。

图5 土堤坝模型的施加约束和载荷图

Fig.5 Imposed constraints and load of the earth embankment dam model

图6 模拟堤坝土模型加载分析后的等效应变图

Fig.6 Equivalent strain of the embankment dam earth model after loading and analysis



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