水位降低引起的冰盖对水工建筑物拉拔力作用研究

第35卷第4期2017年8月青海大学学报JournalofQinghaiUniversityVol.35No.4Aug.2017水位降低引起的冰盖对水工建筑物拉拔力作用研究李梦蚺，解宏伟*(青海大学水利电力学院，青海西宁810016)摘要：为了研究寒冷地区冬季水库水位下降过程中，冰盖对水工建筑物的拉拔力作用，文中以冰盖为研究对象，采用扩展有限元方法（XFEM)运用ABAQUS软件获取存在初始裂纹的冰盖在水位下降过程中对约束端产生的作用以及不同约束端对拉拔力的影响。结果表明：水位在下降速率为0.8rn/h的过程中，初始裂纹在48min时贯穿冰盖，使其发生完全断裂，此时约束端受到的剪力和弯矩最大,分别为0.218MPa和181kN•m;48min以后，约束端只受到剩余冰盖在自重作用下对其产生的作用力；水位下降速率越大，冰盖裂纹在同等水位下降时间内扩展范围越广。斜墙约束下的冰盖较直立墙约束下的冰盖对约束端会产生较大的剪力和较小的弯矩。关键词：冰盖拉拔力；冰盖断裂;扩展有限元中图分类号:TV52文献标志码:A文章编号:1006-8996(2017)04-0076-08DOI；10.13901/j.cnki.qhwxxbzk.2017.04.014PullingeffectoficesheetcausedbywaterleveldecreasingonhydraulicstructuresLIMengran，XIEHongwei**(SchoolofWaterResourceandElectricPower，QinghaiUniversity，Xining810016,China)Abstract：Inordertostudytheeffectoficesheetonthedrawingforceofhydraulicstructuresduringthedeclineofwaterlevelinwintercoldarea，theABAQUSfiniteelementsoftwareandextendedfi­niteelementmethod(XFEM)wereusedtostudytheeffectsoftheicesheetwithinitialcrackontherestraintandtheinfluenceofthedifferentrestraintsonthedrawingforcecausedbywaterlevelde­crease.Theresultsshowthatwhenthewaterleveldecreasedattherateof0.8m/h，theinitialcrackpassedthroughtheicesheetandcausedittobreakcompletely.Atthismoment，therestraintwassubjectedtothemaximumshearforce0.218MPaandbendingmoment181kN•m.Thentherestrainedsidewasonlyundertheactionofitsowngravitywiththeremainingicesheet.Thefasterthewaterleveldescending,thelargerthelengthsoftheicesheetcrackinthesametime.Bycompa­ringthedifferentgeometricconstraintboundaryconditions，itcanbefoundthattheicesheetundertheconstraintoftheobliquewallhaslargershearforceandsmallerbendingmomentthanonthestraightwallrestraint.Keywords：pullforce;icesheetbreak；extendedfiniteelement中国高寒地区可开发水资源相当大，因此建造水中建筑物必不可少。由于高海拔地区长时间的寒冷期会造成河渠、水库结冰，形成冰盖[1]。冰是一种结构与强度特性较为复杂的一种天然材料，并受外界条件的影响处于不断变化之中，其破坏形式种类较多。当冰盖与直立约束冻结后，在冰盖下方水位下降过程中使得冰盖在自重与浮力共同作用下产生竖直位移，进而对直立墙产生一个拉拔作用。梁希林收稿日期:2017-03-14基金项目：清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室项目作者简介：李梦蚺（1991一），女,重庆人，青海大学在读硕士研究生。通信作者,E-mail:qdxhw@126.com第4期李梦蚺等：水位降低引起的冰盖对水工建筑物拉拔力作用研究77等[2]对水位变化