【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及水利工程領域，尤其是一種泄洪壩裂縫仿真預測與穩定性分析方法和裝置。
技術介紹
1、隨著水利工程的不斷發展，混凝土泄洪壩作為一種重要的水利設施，廣泛應用于水資源的調控與管理。然而，在其長期運行過程中，壩體由于受到多種外部荷載的影響，常常出現裂縫。這些裂縫不僅影響壩體的整體性和安全性，還可能導致嚴重的滲漏和結構失效。因此，準確分析和預測壩面裂縫的成因及其發展趨勢顯得尤為重要。
2、近年來，基于有限元全過程仿真技術的裂縫成因分析方法逐漸受到關注。這種方法通過建立泄洪壩的三維有限元模型，綜合考慮自重、溫度、水壓、沙壓等多種荷載，能夠較為全面地模擬裂縫的形成與擴展過程，為泄洪壩的安全評估提供了科學依據。
3、盡管有限元方法在裂縫分析中具有一定的優勢，但當前技術中關于壩面裂縫成因分析的研究仍然相對較少，且大多數研究采用的技術手段存在一定的局限性。具體而言，傳統的裂縫分析方法主要依賴于經驗公式和簡單的力學模型，這些方法往往無法充分考慮混凝土的非均質性和復雜的荷載作用。此外，許多研究僅關注單一因素對裂縫的影響，缺乏對多因素綜合作用下裂縫行為的深入分析。這種片面的分析方式不僅降低了裂縫預測的準確性，也使得對裂縫成因的理解不夠全面。因此，亟需一種更加系統化和精確化的分析方法，以提高裂縫成因分析的效率和可靠性。
技術實現思路
1、本專利技術的專利技術目的在于：針對上述存在的全部或部分問題，提供一種泄洪壩裂縫仿真預測與穩定性分析方法和裝置，以實現對裂縫成因的全面分析與
2、本專利技術采用的技術方案如下：
3、一種泄洪壩裂縫仿真預測與穩定性分析方法，其包括：
4、s1、通過在裂縫部位預設非線性接觸單元對泄洪壩下游立面裂縫進行模擬，建立泄洪壩段下游立面裂縫的非線性有限元模型；
5、s2、對模型施加自重、溫度、水壓、沙壓、揚壓力以及閥門推力中的至少兩種荷載；
6、s3、進行泄洪壩施工、蓄水及運行全過程仿真計算：
7、基于對泄洪壩施工、蓄水及運行過程的監測數據，采用非線性有限元全過程仿真分析方法，按照泄洪壩實際施工進度，模擬混凝土澆筑過程、水化發熱過程、硬化過程，縱縫接縫灌漿過程、通水冷卻、表面保溫措施、氣溫變化過程、庫水位變化過程，進行泄洪壩施工、蓄水及運行全過程溫度場與應力場仿真計算；
8、s4、根據步驟s3的仿真計算結果，以仿真計算值與對泄洪壩壩體溫度和形變的監測數據差異最小為目標，反演泄洪壩段下游立面裂縫的起裂及擴展過程；
9、s5、根據步驟s4對裂縫的起裂及擴展過程的分析結果，對裂縫進行相應的修復處理，通過仿真模擬評估裂縫處理后的狀態并分析裂縫的擴展穩定性。
10、進一步的，步驟s1包括：
11、s1.1、收集泄洪壩的尺寸和材料信息，利用非線性有限元工具建立泄洪壩的三維幾何模型；
12、s1.2、采用接觸單元模擬裂縫；
13、s1.3、初始化裂縫的初始強度為混凝土本體強度。
14、進一步的，步驟s3中，模擬混凝土澆筑過程包括：
15、將泄洪壩進行網格劃分，按照澆筑順序對劃分的每個單元進行排序，逐步激活相應單元以模擬澆筑混凝土，被激活的單元的自重作為荷載增量；設定每一單元混凝土澆筑后隨齡期逐步硬化且逐步發生徐變變形，水化熱逐步散發；
16、每一單元混凝土澆筑后，將時間分成多個時補，按時序計算每一時步泄洪壩的溫度場與應力場；
17、模擬接縫灌漿過程包括：
18、按順序對壩段之間和澆筑塊之間的伸縮縫進行接縫灌漿，將分壩段和分塊澆筑的混凝土連成整體；
19、采用帶有抗拉強度的goodman單元模擬伸縮縫，并將非連續變形分析方法引入有限元以模擬伸縮縫的開-閉狀態；
20、模擬混凝土的分層分塊跳單元澆筑以及分層分期接縫灌漿，跟蹤每一個goodman單元的應力變化、開閉過程及伸縮縫的開度變化，當相關灌區滿足灌漿要求而進行接縫灌漿時，鎖定各伸縮縫的當前開度，以當前開度作為goodman單元的厚度，goodman單元內填充灌漿材料，設置相應的材料參數，并根據下式給定抗拉、抗剪強度：
21、
22、式中，i為伸縮縫標識，δi為伸縮縫的開度，分別為伸縮縫的法向和剪切剛度；e、μ分別為灌漿材料的彈模和泊松比；
23、模擬通水冷卻包括：
24、采用等效模擬法模擬通水冷卻帶走的熱量從而計算混凝土溫度；
25、模擬表面保溫包括：
26、通過改變表面散熱系數來模擬表面保溫，其中，當混凝土表面暴露時的表面散熱系數β0由下式計算：
27、β0＝23.9+14.50vn，
28、式中，vn為風速；
29、當混凝土表面帶有保溫板時的表面散熱系數βs由下式計算：
30、
31、式中，hi為保溫板i的厚度，λi為保溫板i的熱傳導系數；
32、模擬蓄水運行過程包括：
33、在蓄水前，通過模擬施工、溫度控制和材料水化硬化過程，建立溫度場和應力場模型；蓄水開始后，通過在泄洪壩上下游面施加三角形面載來模擬水壓作用，并在壩基交界面施加豎直向上的面載以模擬揚壓力；蓄水過程中的上游壩面的溫度邊界條件，對于水位上升部分的表面由氣溫邊界條件轉變為水溫邊界條件，而水位變動區則在氣溫邊界條件和水溫邊界條件之間交替變化；
34、在仿真計算泄洪壩溫度場與應力場過程中，氣溫邊界條件根據實測氣溫或多年月平均氣溫進行設定，日照輻射熱的影響通過在設定的氣溫基礎上增加一個溫度增量來模擬。
35、進一步的，步驟s4中，反演泄洪壩段下游立面裂縫的起裂及擴展過程，包括對泄洪壩混凝土與基巖熱學參數的反演，以及對泄洪壩混凝土與基巖力學參數的反演。
36、進一步的，對泄洪壩混凝土與基巖熱學參數的反演，包括：
37、以仿真計算值與對泄洪壩壩體溫度和形變的監測數據差異最小為目標，反演得到泄洪壩壩體不同分區混凝土導熱系數、比熱及絕熱溫升參數；其中，仿真計算過程中，泄洪壩壩體施工期絕熱溫升以及接縫灌漿后的溫度回升采用下式進行模擬：
38、
39、式中，q(τ)表示在混凝土齡期τ時的絕熱溫升值，α1、α2分別為壩體和接縫灌漿后的絕熱溫升參數；τ為混凝土齡期；q1、q2分別為泄洪壩混凝土和灌漿材料的最終絕熱溫升值。
40、進一步的，對泄洪壩混凝土與基巖力學參數的反演，包括：
41、基于對泄洪壩壩體形變的監測數據，以基于回歸得到的各測點水壓分量，采用有限元仿真分析方法，僅考慮靜水壓力作用，仿真計算混凝土不同彈性模量下壩體的變形，將計算的變形量與形變監測數據多元回歸得到的水壓變形分量進行比較，以仿真計算值與水壓變形分量誤差最小為目標，反演確定泄洪壩壩體混凝土與基巖的最優彈性模量；
42、仿真計算過程中，采用下式模擬混凝土本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種泄洪壩裂縫仿真預測與穩定性分析方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的泄洪壩裂縫仿真預測與穩定性分析方法，其特征在于，步驟S1包括：
3.如權利要求2所述的泄洪壩裂縫仿真預測與穩定性分析方法，其特征在于，步驟S3中，模擬混凝土澆筑過程包括：
4.如權利要求1所述的泄洪壩裂縫仿真預測與穩定性分析方法，其特征在于，步驟S4中，反演泄洪壩段下游立面裂縫的起裂及擴展過程，包括對泄洪壩混凝土與基巖熱學參數的反演，以及對泄洪壩混凝土與基巖力學參數的反演。
5.如權利要求4所述的泄洪壩裂縫仿真預測與穩定性分析方法，其特征在于，對泄洪壩混凝土與基巖熱學參數的反演，包括：
6.如權利要求4所述的泄洪壩裂縫仿真預測與穩定性分析方法，其特征在于，對泄洪壩混凝土與基巖力學參數的反演，包括：
7.如權利要求1所述的泄洪壩裂縫仿真預測與穩定性分析方法，其特征在于，步驟S5中，通過仿真模擬評估裂縫處理后的狀態并分析在極端氣候條件下的穩定性。
8.如權利要求7所述的泄洪壩裂縫仿真預測與穩定性分析方法，其特征在于，
9.一種泄洪壩裂縫仿真預測與穩定性分析裝置，包括處理器和存儲介質，其特征在于，所述處理器運行所述存儲介質中存儲的計算機程序，以執行如權利要求1-8任一所述的泄洪壩裂縫仿真預測與穩定性分析方法。
...【技術特征摘要】
1.一種泄洪壩裂縫仿真預測與穩定性分析方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的泄洪壩裂縫仿真預測與穩定性分析方法，其特征在于，步驟s1包括：
3.如權利要求2所述的泄洪壩裂縫仿真預測與穩定性分析方法，其特征在于，步驟s3中，模擬混凝土澆筑過程包括：
4.如權利要求1所述的泄洪壩裂縫仿真預測與穩定性分析方法，其特征在于，步驟s4中，反演泄洪壩段下游立面裂縫的起裂及擴展過程，包括對泄洪壩混凝土與基巖熱學參數的反演，以及對泄洪壩混凝土與基巖力學參數的反演。
5.如權利要求4所述的泄洪壩裂縫仿真預測與穩定性分析方法，其特征在于，對泄洪壩混凝土與基巖熱學參數的反演，包括：
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【專利技術屬性】
技術研發人員：王波，毛延翩，江傳賓，錢軍，黃濤，袁朋，周小燕，程恒，趙運天，徐英浩，雷崢琦，
申請(專利權)人：三峽金沙江川云水電開發有限公司，
類型：發明
國別省市：
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