水利水电工程外文翻译--基于离散单元法的砌石重力坝安全分析工具（节选）

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1、中文 2350 汉字 出处： Bretas E M, Lemos J V, Loureno P B. A DEM based tool for the safety analysis of masonry gravity damsJ. Engineering Structures, 2014, 59(2):248-260. 外 文 翻 译 题 目 专 业 水利水电工程 班 级 学 生 指导教师 2014 年 1 基于离散单元法的砌石重力坝安全分析工具 EM Bretas， JV Lemos， PB Loureno 摘 要 介绍一种基于离散单元法的 砌石重力坝分析数值模型。大坝和岩基用 3 到

2、4 节点的 基本 块组成的块集合表示。 复杂的块形状通过把基本块整合到宏模块来得到，允许 模型应用在从等效连续到完全不连续分析的各种情形。 开发了一个接触面公式，能够根据基本块之间建立的接触面，基于一种精确的边边方法表示宏模块之间的相互作用。 描述了模型的主要数值方面，特别介绍了接触面的创建和更新步骤以及一个支持一种高效且能够得到明显结果的算法的数值设备。讨论了 一个现有的砌石坝的安全评价的应用，包括结构的应力分析和涉及大坝岩石界面附近不同路径的滑动失效机制的评估 。 关键词 砌石坝 ； 离散元 ； 应力分析 ； 失效机制 1 简介 结构分析必须使用适当的手段来实现它的最终目的。这些手段必须能

3、够： （ 1） 模拟建筑 物的几何 和物理特征，尤其是不连续的和共有的特征； （ 2） 用一套完整的方法来模拟荷载，能够考虑所涉及的不同现象间的相互影响； （ 3） 评价非线性作用，特别是能够 界定失效结构。 砌石 重力坝应该被理解为一个包含坝体本身，水库，岩石基础的系统。坝体和岩石是不均匀且不连续的介质。 坝体和围岩的交界面也是不连续的，需要特别注意。不连续面控制着砌石 坝的强度，因为它们是薄2 弱面，决定着主要失效机制 。 另外，大坝所受的各种不同的荷载需要一套完整的方法来处理，因为它们之间相互关联。 这些独特的 特点使得大多数的数值工具，无论商业的还是科学的， 都不能完全适合地 模拟 浆

4、砌石 重力坝。 在这种背景下，新的数值工具的发展就显得尤为重要。 本文将描述一种 为 砌石重力坝 的静力、动力及流体力学的分析量身定做的数值工具，离散单元法。 离散单元法最初是 为了处理岩石力学问题而提出的替代有限元法的 方法 。 离散单元法的基本原理是将不连续介质看作受力作用不同的块的集合，因此不同于将其看作同一单元的有限元法 。 这些数值处理方法也被广泛地应用于砖石结构。 在 Cundall 所开发的产品的基础上发展起来的 二维编码 通用离散元程序（ UDEC），已经被用于包括混凝土坝的地基等方面的研究中， 主要用于尝 试通过岩石评估失效机理。 Taone 等人做了一个在坝体与岩石交界面上

5、的滑移离散单元法分析，充分地考虑了交界面的不规则几何形状及应力集中。 离散单元法的代码通常通过将应变块离散成三角形均匀应变单元的内部网格 来代表应变块。指令 “离散有限单元法”通常被用于编码块单元的允许破坏量来模拟渐进破坏过程。 本文所介绍的模型是基于离散单元法，满足三个设计要求，在一个完全由作者自己开发的新型软件工具里实施的。首先， 本模型要将浆砌石坝和岩石基础用一套完整的方法做成块系统的部件；其次，软件工具需要提供一种 可实现的方法 来用同一网格 表示 等效的连续介质和块状模型； 最后，该工具需要包含大坝工程分析的所有要素 ，比如水流量及接头处和加强部位的压力， 比如主动或被动锚固，以及应用在静力分析和地震分析中涉及到的荷载的方法。所有这些部分通过一个兼容的数据结构相互作用。因此， 本模型在一个更普遍的框架下结合了标准 离散单元法的能力，该框架可以满足实际应用的兼顾刚性块和应变块，连续网格和离散单元的要求。此外， 还采用了一个基于边界间相互作用的非传统接触 面 公式，能够得出一个更精确的交界面压力。 新的系统与离散单元法 一样有按照预先设定好的路径模拟一个连续体碎裂成块的能力 ， 但是采用了一种基于联合刚度和适合砌石和岩石构成规律的表示接触面的方法，这点不同于后者，例如 Munjiza