[发明专利]基于扩展有限元法的坝-基系统地震响应及破坏分析方法

权利要求书

1.基于扩展有限元法的坝-基系统地震响应及破坏分析方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一：建立坝-基系统实体模型，确定各区域的材料信息并赋予相应的材料属性，采用标准有限元法的网格生成算法划分单元网格；

步骤二：引入位移逼近模式和压力逼近模式，基于初始裂纹信息更新单元类型信息和节点附加自由度信息；

步骤三：定义满足位移逼近模式和压力逼近模式的试函数，构造控制方程弱形式，离散化处理得到基于扩展有限元的控制方程组；

步骤四：构造饱和多孔介质粘弹性人工边界，完成人工边界地震动载荷输入；

步骤五：进行时域积分计算，得到每个载荷步下坝-基系统状态；

步骤六：对时域内每个载荷步进行坝-基系统地震响应及破坏分析，追踪坝体裂纹演化过程。

2.根据权利要求1所述的基于扩展有限元法的坝-基系统地震响应及破坏分析方法，其特征在于，在步骤二中，具体包括以下步骤：

1：引入间断函数和裂尖附加函数构造结点位移逼近模式，引入水压附加加强函数构造结点压力逼近模式；

2：基于初始裂纹信息，确定所有单元类型和节点类型，其中单元类型包含常规单元、贯穿单元、裂尖单元三种，结点类型包含常规结点、间断加强结点、裂尖奇异加强结点三种。

3.根据权利要求2所述的基于扩展有限元法的坝-基系统地震响应及破坏分析方法，其特征在于，在步骤1中，构造结点位移u的逼近模式和结点压力p的逼近模式如下：

其中，x代表域内的任意点，C代表域内所有结点集合，C_cut为所有被裂纹贯穿单元的结点集合，C_tip为裂尖影响范围内结点集合；u_i、a_i、b_i分别为结点i的位移常规自由度、间断加强自由度、裂尖奇异加强自由度；p_i、c_i分别为结点i的常规孔隙压力和加强的孔隙压力部分；N_i(x)为点x的形函数；H(x)为广义的Heaviside函数；Φ(x)是与局部坐标相关的矩阵形式的加强函数；β_T是坐标转换矩阵；ψ(x)为结点水压附加加强函数。

4.根据权利要求3所述的基于扩展有限元法的坝-基系统地震响应及破坏分析方法，其特征在于，所述函数H(x)、Φ(x)、ψ(x)的形式表达具体如下：

其中，(r,θ)是点x的局部极坐标；κ为材料相关的常数；L(x)为点x的水平集函数值，x_γ为裂纹Γ_c上的点，表示计算域内任意点x到Γ_c的最短距离，x_Γc即为满足的那个点，n是Γ_c的外法向向量，sign()是符号函数，当ξ大于0时sign(ξ)值为1，否则sign(ξ)为-1。