【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法，属于水利水电工程。
技术介绍
1、与拱坝、重力坝等其他坝型相比，土石坝在结构上呈现了一些特殊性。例如，坝体分区多、材料性质差异较大、施工分期及填筑加载过程复杂、地形地质边界凸凹多变、非线性的求解过程等，这些决定了土石坝建模的复杂性。
2、单元网格划分是建立有限元模型的关键环节，所划分的网格形式、尺寸大小对计算精度有重大影响。一般来讲，网格数目增加，计算精度会有所提高，但同时计算规模也会增加，因此在确定网格数目时通常需要衡量这两个因数综合考虑。过去，受计算机容量、速度等限制，主要根据建筑结构外轮廓来确定，应采用适合的单元尺寸大小，且单元数量不宜过多，以免计算时间过长。计算机容量和速度的发展为基于基础尺寸的单元划分提供了条件，但单元划分尺寸多大为宜目前没有深入的研究。
3、有限元通过单元“生死”功能可以模拟堆石坝的填筑过程，所谓“杀死”单元并非是指将单元从模型中删除，而是将其刚度矩阵乘以一个很小的因子，从而不对荷载向量生效。当一个单元被重新激活时，其刚度、质量、单元载荷等将恢复其原始的数值，且没有应变记录。堆石坝填筑是一个逐级加载的过程，比较常用的方法就是每一层单元就是一个填筑层，作为一级加载，也有学者研究同时激活几层单元作为一个填筑层模拟填筑过程，不同的模拟方式得到的结果存在差异，难以反映土石坝实际填筑碾压施工过程。
4、如上所述，现有的土石坝有限元计算方法在网格尺寸、施工模拟等方面均存在较大的局限性，计算网格模型缺少工程实际物理意义
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法。
2、本专利技术通过以下技术方案得以实现：
3、一种与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法，包括土石坝有限元计算模型网格尺寸确定方法，所述土石坝有限元计算模型网格尺寸确定方法包括以下步骤：
4、s1、确定土石坝属性尺寸；
5、s2、根据土石坝属性尺寸确定有限元计算模型网格尺寸；
6、s3、建立综合考虑土石坝填筑层厚和填筑时序的有限元计算模型。
7、所述土石坝属性尺寸包括土石坝填筑料的颗粒尺寸和室内试验试件尺寸，及土石坝的施工填筑尺寸。
8、所述颗粒尺寸为土石坝填筑料的最大粒径，土石坝填筑料包括石料和土料，石料的颗粒尺寸在0.075mm～1000mm之间，土料的颗粒尺寸在0.05mm～150mm之间。
9、所述室内试验试件尺寸为土石坝填筑料的室内三轴试验试样的实际直径，石料的室内试验试件尺寸规格有φ300mm、φ500mm、φ800mm和φ2000mm，土料的室内试验试件尺寸规格有φ300mm、φ500mm和φ800mm。
10、所述施工填筑尺寸为土石坝实际施工碾压的层厚，石料的施工填筑尺寸在300mm～1000mm之间，土料的施工填筑尺寸在250mm～300mm之间。
11、所述步骤s2中有限元计算模型网格尺寸的确定原则为网格尺寸大于土石坝填筑料的颗粒尺寸，小于室内试验试件尺寸和施工填筑尺寸。
12、所述步骤s3中根据土石坝填筑料的材料特性，将土石坝划分为多个材料分区；根据土石坝填筑时序将土石坝在高度方向上划分为多个填筑分期，并根据填筑分期的需求，将填筑分期在水平方向上划分为多个填筑分区，同时，在数值计算中为模拟不同的填筑分期及蓄水过程，将土石坝划分成若干个加载层；将材料分区分界线、填筑分期分界线、填筑分区分界线和加载层分界线所围区域根据土石坝填筑料的材料类型划分为不同尺寸的单元，并据此建立有限元计算模型。
13、还包括土石坝坝体碾压过程实时仿真及施工期参数智能动态反馈方法，土石坝坝体碾压过程实时仿真及施工期参数智能动态反馈方法包括以下步骤：
14、s4、根据土石坝实际施工填筑顺序，进行逐层模拟大坝填筑过程的有限元计算，得到各层坝体沉降变形结果；
15、s5：根据实际施工过程中现场试验测得的压缩模量与变形的关系，基于优化算法不断优化调整新填筑层的模型参数；
16、s6：将计算所得坝体沉降变形结果与施工现场监测结果进行对比分析，并对计算参数进行校正，然后返回步骤s4继续进行重新计算；
17、s7：通过以上n次更新迭代计算后，计算参数将基本逼近现场原级配坝料的实际力学参数，计算所得坝体沉降变形结果与施工现场监测结果基本一致。
18、所述步骤s4中通过单元生死功能对有限元计算模型进行逐层加载计算，模拟土石坝的填筑过程，得到各层坝体沉降变形结果。
19、所述步骤s6中的坝体沉降变形结果包括土石坝沉降规律和沉降极值。
20、本专利技术的有益效果在于：
21、1、所确定的有限元计算模型网格尺寸与土石坝材料、结构以及施工过程相匹配，以实际填筑和碾压尺寸为基础进行分区逐层仿真，计算模型网格工程实际物理意义明确，能够有效保证计算模型的质量。
22、2、土石坝坝体碾压过程实时仿真及施工期参数智能动态反馈方法，采用实际施工过程中现场试验测得的压缩模量与变形的关系，对模型新填筑层计算参数进行迭代更新校正，施工全过程实时更新计算参数，计算参数基本逼近现场原级配坝料实际力学参数，预测的坝体沉降变形结果与施工现场监测结果基本一致。
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1.一种与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法，其特征在于：包括土石坝有限元计算模型网格尺寸确定方法，所述土石坝有限元计算模型网格尺寸确定方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法，其特征在于：所述土石坝属性尺寸包括土石坝填筑料的颗粒尺寸和室内试验试件尺寸，及土石坝的施工填筑尺寸。
3.如权利要求2所述的与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法，其特征在于：所述颗粒尺寸为土石坝填筑料的最大粒径，土石坝填筑料包括石料和土料，石料的颗粒尺寸在0.075mm～1000mm之间，土料的颗粒尺寸在0.05mm～150mm之间。
4.如权利要求3所述的与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法，其特征在于：所述室内试验试件尺寸为土石坝填筑料的室内三轴试验试样的实际直径，石料的室内试验试件尺寸规格有φ300mm、φ500mm、φ800mm和φ2000mm，土料的室内试验试件尺寸规格有φ300mm、φ500mm和φ800mm。
5.如权利要求3所述的与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法，其特征在
6.如权利要求2所述的与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法，其特征在于：所述步骤S2中有限元计算模型网格尺寸的确定原则为网格尺寸大于土石坝填筑料的颗粒尺寸，小于室内试验试件尺寸和施工填筑尺寸。
7.如权利要求1所述的与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法，其特征在于：所述步骤S3中根据土石坝填筑料的材料特性，将土石坝划分为多个材料分区；根据土石坝填筑时序将土石坝在高度方向上划分为多个填筑分期，并根据填筑分期的需求，将填筑分期在水平方向上划分为多个填筑分区，同时，在数值计算中为模拟不同的填筑分期及蓄水过程，将土石坝划分成若干个加载层；将材料分区分界线、填筑分期分界线、填筑分区分界线和加载层分界线所围区域根据土石坝填筑料的材料类型划分为不同尺寸的单元，并据此建立有限元计算模型。
8.如权利要求1所述的与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法，其特征在于：还包括土石坝坝体碾压过程实时仿真及施工期参数智能动态反馈方法，土石坝坝体碾压过程实时仿真及施工期参数智能动态反馈方法包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法，其特征在于：所述步骤S4中通过单元生死功能对有限元计算模型进行逐层加载计算，模拟土石坝的填筑过程，得到各层坝体沉降变形结果。
10.如权利要求8所述的与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法，其特征在于：所述步骤S6中的坝体沉降变形结果包括土石坝沉降规律和沉降极值。
...【技术特征摘要】
1.一种与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法，其特征在于：包括土石坝有限元计算模型网格尺寸确定方法，所述土石坝有限元计算模型网格尺寸确定方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法，其特征在于：所述土石坝属性尺寸包括土石坝填筑料的颗粒尺寸和室内试验试件尺寸，及土石坝的施工填筑尺寸。
3.如权利要求2所述的与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法，其特征在于：所述颗粒尺寸为土石坝填筑料的最大粒径，土石坝填筑料包括石料和土料，石料的颗粒尺寸在0.075mm～1000mm之间，土料的颗粒尺寸在0.05mm～150mm之间。
4.如权利要求3所述的与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法，其特征在于：所述室内试验试件尺寸为土石坝填筑料的室内三轴试验试样的实际直径，石料的室内试验试件尺寸规格有φ300mm、φ500mm、φ800mm和φ2000mm，土料的室内试验试件尺寸规格有φ300mm、φ500mm和φ800mm。
5.如权利要求3所述的与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法，其特征在于：所述施工填筑尺寸为土石坝实际施工碾压的层厚，石料的施工填筑尺寸在300mm～1000mm之间，土料的施工填筑尺寸在250mm～300mm之间。
6.如权利要求2所述的与土石坝属性尺寸相匹配的有限元分析研究方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨泽艳，毛华，湛正刚，胡永福，周伟，戴正甫，马刚，王照英，韩朝军，王道明，张合作，陈鸿杰，程瑞林，陈建安，贾凡，
申请(专利权)人：华能澜沧江水电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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