地下水库增湿作用下土-结构相互作用计算方法技术

本发明专利技术公开的一种地下水库增湿作用下土

【技术实现步骤摘要】
地下水库增湿作用下土
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结构相互作用计算方法


[0001]本专利技术属于多场耦合下土
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结构相互作用计算方法
，具体涉及一种地下水库增湿作用下土
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结构相互作用计算方法。

技术介绍

[0002]为建设绿色“海绵城市”和解决城市雨季内涝问题，修建城市地下调蓄水库成为了解决办法之一。土体渗流
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应力耦合的数值模拟技术在地下工程、基坑等学科研究中发挥着不可或缺的作用。通过建立渗流
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应力耦合数值计算平台，地下结构稳定性分析过程中存在的复杂三维渗流、应力场问题得到科学分析与合理预测。此项技术在实际工程应用中保证了工程结构后期使用的安全和可靠。
[0003]我国的黄土土质分布广泛，黄土的湿陷性是不同于其他土质条件，遇水会导致结构强度发生改变。这种特性在工程实际中会引发一系列问题，比如建筑结构的不均匀沉降导致结构开裂等。在湿陷性黄土地区修建地下调蓄水库更易遇到此类工程问题。而传统工程模拟中并未能考虑在土、结构互相作用在非饱和渗流水分场、力学场应力耦合的力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下水库增湿作用下土
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结构相互作用计算方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1：构建调蓄水库混凝土几何结构、土体几何结构模型；步骤2：设置土体、水库混凝土材料各参数；步骤3：定义“广义拉伸”、压力函数变量、土的强度指标和模量关于有效饱和度函数变量；步骤4：设置“固体力学”并设置各边界条件；增加“理查兹方程”并划分网格；步骤5：设置水体“流体属性”“基本属性”各参数；步骤6：添加“研究”并计算“研究1”；步骤7：对水库边界再次进行“布尔操作和分割”；步骤8：设定“理查兹方程”参数；步骤9：基于“研究1”，使用“辅助扫描”添加水库注水功能；添加并设定“研究2”时间单位、时间步；步骤10：添加并设定“固体力学”并设置各参数条件；步骤11：基于“研究2”，添加并设定“研究3”；步骤12：结果计算后数据成图。2.根据权利要求1所述的一种地下水库增湿作用下土
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结构相互作用计算方法，其特征在于，步骤1具体按照以下步骤实施：步骤1.1：打开COMSOL软件，在“新建”点击“模型向导”，接下来在“选择空间维度”点击“二维”；步骤1.2：接上一步，进入到“选择物理场”界面，选择“结构力学”模块，在该模块树中选择并添加物理场接口——“固体力学”；步骤1.3：接上一步，接着点击“研究”，在“选择研究”点击“一般研究”，并在该板块树中选择“稳态”；后点击“完成”；步骤1.4：接上一步，为构建水库、土体几何模型进入下一界面；在模型开发器中选择“几何”，右键“几何”选择“矩形”，该矩形A作为土体结构；在“几何设置”的“大小和形状”中分别设置“宽度”为a，“高度”为b，在“设置”窗口点击“构建选定对象”；再绘制矩形B，右键“几何”选择“矩形”在“几何设置”的“大小和形状”中分别设置“宽度”为c，“高度”为d；在“图形”窗口栏选择“编辑”将矩形B移动到矩形A中部，在菜单栏选择“几何”中“布尔操作和分割”下的“差集”；然后在“差集”中将“要添加的对象”选为矩形A并激活，将“要减去的对象”选为矩形B并激活，点击“构建选定对象”；再回到“几何”右键“矩形”绘制“宽度”为c，“高度”为d的矩形B2和B大小一致，点击绘制；在“图形”栏选择“编辑”将B2一定到矩形A的空白位置处；采取同上述步骤相同的原理，再绘制宽e，高f的矩形C，然后将矩形C移动到矩形B的中部，再使用“差集”，用矩形B减去矩形C，并点击“构建选定对象”得到水库内无立柱框架结构D；添加立柱，仍旧右键“几何”选择“矩形”，依次设置若根个宽为g，高度为h的立柱E、F、G
…
；均匀分布这些立柱在矩形D结构中的位置，再利用“布尔操作和分割”下的“并集”，将水库框架D和立柱E、F、G
…
作为并集对象，点击“构建选定对象”；以上得到周围土体——域1、水库结构——域2。3.根据权利要求1所述的一种地下水库增湿作用下土
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结构相互作用计算方法，其特征
在于，步骤2具体按照以下步骤实施：步骤2.1：在模型开发器中，右键“材料”选择“空材料”修改为“土”，将“几何实体层”“域”设定为“1”并激活；再从材料属性中找到“粘聚力”、“内摩擦角”增加到该“材料属性明细”，依次输入土的“杨氏模量”、“泊松比”、“密度”、“粘聚力”、“内摩擦角”；右键“材料”选择“空材料”修改为“混凝土”，将“几何实体层”“域”设定为“2”并激活；再从材料属性中找到“单轴抗拉强度”“单轴抗压强度”“双轴抗压强度”增加到该“材料属性明细”，依次输入混凝土的“杨氏模量”、“泊松比”、“密度”、“单轴抗拉强度”、“单轴抗压强度”、“双轴抗压强度”；步骤2.2：在模型开发器中，“几何”树的最后的“形成装配体”并选择全部区域。4.根据权利要求1所述的一种地下水库增湿作用下土
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结构相互作用计算方法，其特征在于，步骤3具体按照以下步骤实施：步骤3.1：在模型开发器中，右键单击“定义”在“组件耦合”下选择“广义拉伸”，在“图形”界面“几何实体层”选择“边界”，将矩形D结构的上下边界作为“源选择”，并将“目标映射”“x，y”均修改为大写；将“源”中“源坐标系”修改为“材料(X,Y,Z)”；再次右键单击“定义”在“组件耦合”下选择“广义拉伸”，在“图形”界面“几何实体层”选择“边界”，将矩形D结构的左右边界作为“源选择”，并将“目标映射”“x，y”均修改为大写；将“源”中“源坐标系”修改为“材料(X,Y,Z)”；步骤3.2：在“模型开发器”下“组件”“定义”右键选择“变量”，设置侧边和底边的水压力函数，即侧边函数为随着水库高度变化的压力函数——load1＝H*9.8*(h1<y<h2)，并设定水库底部随水位高度变化的竖直向压力，load2＝water_h*9.8；添加“C＝
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15.8*log(dl.Se)+98.3”、、采用插值法，在“全局定义”下选用“插值”，输入t值及其函数f(t),即“f(0.6)＝11000000，f(0.7)＝10000000，f(0.75)＝9500000，f(0.8)＝9000000，f(0.85)＝8500000，f(0.9)＝8000000，f(0.95)＝7500000，f(1.0)＝7000000，f(1.05)＝6900000”；在“组件”的“定义”下的“变量”中写入“E＝Eint(dl.Se)”；在“全局定义”右键“变量”设定“H＝(y
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h1)*(h1<y<h2)”和water_h＝0，上式中h1是水库底边注水起始位置，h2是水库注水上限，water_h为水库储水高度。5.根据权利要求1所述的一种地下水库增湿作用下土
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结构相互作用计算方法，其特征在于，步骤4具体按照以下步骤实施：步骤4.1：“模型开发器”下“固体力学”，“线弹性材料”右键选择“土壤塑性”、“混凝土”；其中，“土壤塑性”选择“域1”部分，“混凝土”选择“域2”部分，“屈服准则”采用“Drucker
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Prager”并选择“匹配莫尔
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库伦准则”，内聚力和内摩擦角均选自“来自材料”；步骤4.2：在菜单栏“物理场”“域”中选择“重力”其作用域为全部域；“边界”中选择“固定约束”作用边界为域1的下边界；并选择“对称”作用边界为域2的左右边界；在“边界”...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚晓亮，刘晓东，杜欣谕，马宗源，王松鹤，张昭，张恒，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：