[发明专利]重力坝-地基结构体系关键失效路径的搜寻方法

权利要求书

1.重力坝-地基结构体系关键失效路径的搜寻方法，其特征在于，包括：

S1、根据重力坝-地基结构的物理参数和坝体混凝土材料参数，构建重力坝-地基结构的有限元模型，离散化后的有限元模型由若干单元组成；

S2、采用荷载增量法对有限元模型施加荷载，直至出现失效单元时，记录所有失效单元构成总失效单元集，之后根据失效单元生成至少一条失效路径；

S3、根据失效破坏历程，确定未遍历的失效路径的起点集、中间集合和终点集，并采用起点集中的任一起点及中间集合和终点集构成单个有向图；

S4、计算每个有向图中任意两个失效单元形心之间的空间距离，并在空间距离小于影响距离时，计算两个失效单元之间的非负权值，得到带权有向图；

S5、采用Dijkstra算法查找同一条失效路径的每个带权有向图的最短路径，并选取同一条失效路径对应的所有最短路径中的最小权值作为其关键失效路径；

S6、判断是否存在失效路径尚未搜寻得到关键失效路径，若是，返回步骤S3，否则进入步骤S7；

S7、判断当前荷载是否大于重力坝-地基体系的极限承载力，若是，进入步骤S8，否则，返回步骤S2；

S8、将每次出现失效单元后，搜索到的所有关键失效路径合并在一起作为重力坝最终的关键失效路径；

生成至少一条失效路径的方法包括：

S31、选取总失效单元集中任一失效单元作为失效路径，并计算总失效单元集中任一失效单元的形心与失效路径中失效单元的形心之间的空间距离a；

S32、判断空间距离a是否小于等于影响距离，若是，将空间距离对应的失效单元加入失效路径，否则进入步骤S33；

S33、新增空间距离a对应的失效单元为一条失效路径；

S34、选取未遍历的新增的失效路径，计算新增的失效路径内的失效单元形心与总失效单元集中任一失效单元形心间的空间距离b；

S35、判断空间距离b是否小于等于影响距离，若是，将对应的失效单元加入当前新增的失效路径中，否则进入步骤S36；

S36、判断所有新增的失效路径是否均已执行步骤S34和步骤S35，若是输出所有失效路径，否则返回步骤S34；

当以非线性能量耗散值代表重力坝-地基体系各失效单元的关键度时，计算两个失效单元之间的非负权值的计算公式为：

，

其中，和分别为第m次施加荷载H_m时，失效路径的一个有向图中任意两个失效单元；为失效路径对应的一个有向图中的失效单元和之间的非负权值；和分别为失效单元和在荷载H_m作用下的非线性能量耗散密度；为失效路径对应的一个有向图中的各失效单元非线性能量耗散密度的最大值；V_i为失效单元的体积；为失效单元的在荷载H_m作用下的非线性耗散能量。

2.根据权利要求1所述的重力坝-地基结构体系关键失效路径的搜寻方法，其特征在于，任意失效单元的非线性耗散能量采用塑性耗散能，E_P的计算公式为：

其中，和分别为坝体或者坝基材料对应失效单元的应力张量和塑性应变张量；V为失效单元的体积。

3.根据权利要求1所述的重力坝-地基结构体系关键失效路径的搜寻方法，其特征在于，当重力坝-地基结构采用Drucker-Prager本构模型时，采用Drucker-Prager塑性屈服准则判断单元是否失效。

4.根据权利要求1所述的重力坝-地基结构体系关键失效路径的搜寻方法，其特征在于，所述影响距离为失效单元的平均尺寸。