[發(fā)明專利]地下水庫增濕作用下土-結(jié)構(gòu)相互作用計算方法

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• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113792364A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚曉亮;劉曉東;杜欣諭;馬宗源;王松鶴;張昭;張恒
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/28;G06F111/10;G06F111/04;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 徐瑤

本發(fā)明公開的一種地下水庫增濕作用下土?結(jié)構(gòu)相互作用計算方法，具體為：構(gòu)建調(diào)蓄水庫混凝土幾何結(jié)構(gòu)、土體幾何結(jié)構(gòu)模型；設(shè)置土體、水庫混凝土材料各參數(shù)；定義“廣義拉伸”、壓力函數(shù)變量、土的強度指標和模量關(guān)于有效飽和度函數(shù)變量；設(shè)置各邊界條件；設(shè)置水體“流體屬性”“基本屬性”各參數(shù)；添加“研究”并計算“研究1”；對水庫邊界再次進行“布爾操作和分割”；設(shè)定“理查茲方程”參數(shù)；基于“研究1”，使用“輔助掃描”添加水庫注水功能；設(shè)定“研究2”時間單位、時間步；添加并設(shè)定“固體力學”各參數(shù)條件；基于“研究2”，添加并設(shè)定“研究3”；結(jié)果計算后數(shù)據(jù)成圖。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)地下水庫未滲漏階段、滲漏階段的數(shù)值計算，可得到不同儲水高度以及自重與土體荷載條件下未發(fā)生滲漏時水庫結(jié)構(gòu)和土體的受力情況或不同滲漏時間段水庫結(jié)構(gòu)的受力情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多場耦合下土-結(jié)構(gòu)相互作用計算方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種地下水庫增濕作用下土-結(jié)構(gòu)相互作用計算方法。

背景技術(shù)

為建設(shè)綠色“海綿城市”和解決城市雨季內(nèi)澇問題，修建城市地下調(diào)蓄水庫成為了解決辦法之一。土體滲流-應(yīng)力耦合的數(shù)值模擬技術(shù)在地下工程、基坑等學科研究中發(fā)揮著不可或缺的作用。通過建立滲流-應(yīng)力耦合數(shù)值計算平臺，地下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析過程中存在的復(fù)雜三維滲流、應(yīng)力場問題得到科學分析與合理預(yù)測。此項技術(shù)在實際工程應(yīng)用中保證了工程結(jié)構(gòu)后期使用的安全和可靠。

我國的黃土土質(zhì)分布廣泛，黃土的濕陷性是不同于其他土質(zhì)條件，遇水會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強度發(fā)生改變。這種特性在工程實際中會引發(fā)一系列問題，比如建筑結(jié)構(gòu)的不均勻沉降導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂等。在濕陷性黃土地區(qū)修建地下調(diào)蓄水庫更易遇到此類工程問題。而傳統(tǒng)工程模擬中并未能考慮在土、結(jié)構(gòu)互相作用在非飽和滲流水分場、力學場應(yīng)力耦合的力學響應(yīng)情況，這與實際現(xiàn)象相去甚遠。在實際工程實踐中并未能起到真實模擬、實際防范、靶向指導(dǎo)的作用。

本發(fā)明針現(xiàn)有數(shù)值模擬存在的對以上缺陷，在COMSOL平臺不僅實現(xiàn)了土-結(jié)構(gòu)在增濕前的相互作用下的力學響應(yīng)即地下水庫基底未漏水階段土體、結(jié)構(gòu)相互作用的力學響應(yīng)而且實現(xiàn)了增濕作用即非飽和土滲透作用下，水分場、力學場耦合對土-結(jié)構(gòu)相互作用的影響即地下水庫發(fā)生基底漏水階段土體、結(jié)構(gòu)相互作用對最關(guān)注的結(jié)構(gòu)的變形和其最不利狀態(tài)的力學響應(yīng)。更合理地模擬了非飽和土發(fā)生滲流時水分場和力學場的耦合狀態(tài)，更符合真實力學變化地模擬了增濕作用下土-結(jié)構(gòu)相互作用結(jié)構(gòu)和土的力學響應(yīng)。因此通過此軟件仿真來實現(xiàn)地下水庫未滲漏階段、滲漏階段的土-結(jié)構(gòu)相互作用的數(shù)值計算，實現(xiàn)地下調(diào)蓄水庫底板滲漏情況下最合理的地下水庫結(jié)構(gòu)和土體的力學響應(yīng)，為地下水庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計和使用維護提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種地下水庫增濕作用下土-結(jié)構(gòu)相互作用計算方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)地下水庫未滲漏階段、滲漏階段的數(shù)值計算，為黃土濕陷性地區(qū)的非飽和滲流工程問題提供模擬預(yù)估，進一步為黃土地區(qū)的地下調(diào)蓄水庫結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種地下水庫增濕作用下土-結(jié)構(gòu)相互作用計算方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1：構(gòu)建調(diào)蓄水庫混凝土幾何結(jié)構(gòu)、土體幾何結(jié)構(gòu)模型；

步驟2：設(shè)置土體、水庫混凝土材料各參數(shù)；

步驟3：定義“廣義拉伸”、壓力函數(shù)變量、土的強度指標和模量關(guān)于有效飽和度函數(shù)變量；

步驟4：設(shè)置“固體力學”并設(shè)置各邊界條件；增加“理查茲方程”并劃分網(wǎng)格；

步驟5：設(shè)置水體“流體屬性”“基本屬性”各參數(shù)并劃分網(wǎng)格；

步驟6：添加“研究”并計算“研究1”；

步驟7：對水庫邊界再次進行“布爾操作和分割”；

步驟8：設(shè)定“理查茲方程”參數(shù)；