[发明专利]一种堆石坝材料参数的空间随机场模拟方法

说明书

本发明公开了一种堆石坝材料参数的空间随机场模拟方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、建立堆石坝有限元模型并对其进行划分；步骤2、对步骤1中的堆石坝有限元模型进行随机场模拟，得到本发明堆石坝有限元模型的模拟分布图；对有限元软件的子程序的二次开发，采用二次开发子程序调用有限元软件进行计算步骤2得到的随机场的模拟值，从而得到堆石坝有限元模型坝体沉降、水平位移以及各主应力的分布云图对堆石坝有限元模型进行验证。本发明的模拟方法公开了堆石坝堆石材料E‑B本构模型参数的空间变异性模拟方法，并结合现有商业有限元软件进行了非侵入式的开发，使本发明提出的方法与有限元软件能够很好地结合去研究堆石坝模型的空间随机场。

技术领域

本发明属于模拟方法领域，具体涉及一种堆石坝材料参数的空间随机场模拟方法。

背景技术

因断面小、适应性强、施工简便、导流简化及安全性高等优点，堆石坝成为目前高坝大库的首选坝型。然而，一方面，堆石坝中的堆石材料是一种非常复杂的工程材料，其材料参数、物理力学特性随机性强、变异性大。同时，因为堆石坝材料分区较多且体型较大等原因，致使堆石坝材料参数难免存在空间差异。另一方面，由于试验测量误差、数值计算理论以及本构模型的局限无法完全模拟实际工程中材料的受力情况等，以及由测量误差所带来的统计不确定性等对计算结果的精度有很大影响。因此，在常规有限元计算中假定大范围的筑坝材料参数为唯一、确定的参数值显然无法反映工程实际，造成计算值与实测值存在较大的误差。而且，目前商业有限元软件无法实现随机有限元计算，随机场模拟与通用商业有限元软件的接口框架不够完善。

发明内容

本发明的目的是提供一种堆石坝材料参数的空间随机场模拟方法，能够降低现有方法计算堆石料材料参数产生的误差。

本发明所采用的技术方案是，一种堆石坝材料参数的空间随机场模拟方法，按照以下步骤具体实施：

步骤1、利用有限元软件建立堆石坝有限元模型，对堆石坝有限元模型进行网格划分；

步骤2、选取E-B本构模型中M个材料参数对步骤1中的堆石坝有限元模型进行随机场模拟，M＝1,2,…,9，得到堆石坝有限元模型空间随机场的模拟分布图。

本发明的特点还在于，

步骤1按照以下步骤具体实施：

步骤1.1、利用有限元软件建立堆石坝有限元模型，对堆石坝有限元模型从上游到下游依次分区：上游盖重1B、上游斜铺盖1A、混凝土面板、垫层区2A、过渡区3A、主堆石区1：3BI、主堆石区2：3BII、次堆石区3C；

步骤1.2、对步骤1.1中的堆石坝有限元模型的每个分区采用八节点六面体单元进行有限元网格划分，得到若干个单元。

步骤2按照以下步骤具体实施：

步骤2.1，对步骤1垫层区2A中每个单元进行编号：A_i，i＝1,2,...,N，N为单元总数；

步骤2.2，计算步骤2.1中每个单元的中心点坐标值矩阵：

其中，i＝1,2,...,N，x_ij(j＝1,2,...,8)为第i个单元第j个节点的横坐标值，y_ij(j＝1,2,...,8)为第i个单元第j个节点的纵坐标值；x_i为第i个单元的中心点横坐标值，y_i为第i个单元的中心点纵坐标值；

步骤2.3采用LHS方法对垫层区2A每个单元的M个材料参数进行抽样，构建垫层区2A的独立标准正态随机样本矩阵：

其中i＝1,2,...n，ξ_i为第i次抽样得到的矩阵，S_lj第l个单元的第j个材料参数的抽样结果；