基于结点反作用力的河谷谷幅收缩模拟方法及系统、介质与流程

本发明涉及水利水电工程，具体而言，涉及基于结点反作用力的河谷谷幅收缩模拟方法及系统、介质。

背景技术：

1、河谷谷幅收缩是高坝水库蓄水后，由于水文地质条件变化，大坝库岸发生的水平变形，表现为水库(河流)左、右岸坡相同高程点之间最短水平距离的变化量，是区域变形在水平方向上的表现。谷幅收缩将对大坝结构静动力特性带来明显影响，因此，大坝运行期间，谷幅收缩被视为影响大坝结构静动力特性的重要因素。

2、谷幅收缩的模拟大多数通过在地基左右岸截断边界上或在大坝建基面处施加位移荷载，进而来模拟谷幅收缩对大坝的影响，但这些方法仅适用于静力分析。动力分析中，河谷地基和大坝不同部位位移本应随时间动态变化，但地基左右侧边界或大坝建基面施加固定的位移约束，因此上述方法无法模拟地基左右侧边界和大坝建基面动态响应随时间的变化，从而难以反映大坝的真实动态特性，不适用于动力分析。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供基于结点反作用力的河谷谷幅收缩模拟方法及系统、介质，来解决现有技术中的上述问题。

2、本发明的实施例通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供了基于结点反作用力的河谷谷幅收缩方法，包括：

4、获取目标河谷地基的基础参数，通过基础参数建立河谷地基三维有限元模型，并确定三维坐标系的坐标原点；

5、获取载荷模块，并通过载荷模块设置目标河谷地基模型的边界约束；

6、获取目标河谷地基表面发生谷幅收缩的所有结点，并将所有结点汇集为结点集；

7、对所述结点集施加沿河床中心方向的水平位移模拟谷幅收缩，进行河谷地基有限元第一次静力分析，获取结点集的结点反作用力以及结点集的第一位移；

8、第二次静力分析前，移除结点集上的位移荷载，将结点集上的位移荷载替换为结点反作用力，计算河谷地基两岸收缩位移，即得到结点集的第二位移；

9、将第一位移与第二位移进行对比，输出验证结果，验证该方法的精确性，

10、实现基于结点反作用力的谷幅收缩模拟。

11、在本发明的一实施例中，所述目标地形包括拱坝和河谷地基，所述确定三维坐标系的坐标原点包括将坐标原点设置于河谷地基上游右岸底部角点处。

12、在本发明的一实施例中，所述设置目标地形模型的边界约束包括：

13、对所述河谷地基施加全约束，对所述河谷地基的左岸、右岸、上游边界和下游边界施加法向约束。

14、在本发明的一实施例中，对所述结点集施加沿河床中心方向的水平位移模拟谷幅收缩和反作用力包括：

15、通过载荷模块创建解析场，并选择表达式场，获取谷幅收缩值与高程的曲线关系数据，分别获取河谷地基左岸和右岸发生谷幅收缩的结点，生成2个第二结点集；根据谷幅收缩的方向分别输入函数计算式的倍数值，模拟不同高程的河谷收缩。

16、在本发明的一实施例中，所述模拟不同高程的河谷收缩包括：

17、δy＝0.03*(z-132)/132

18、式中，δy为某一高程出左岸或者右岸河谷表面位移，z为该结点高程。

19、在本发明的一实施例中，所述移除结点集上的位移荷载包括：

20、获取输出结点集的反作用力，将该反作用力代替所施加的位移荷载，完成移除结点集上的位移荷载。

21、第二方面，本发明还提供了基于结点反作用力的河谷谷幅收缩系统，包括：

22、模型建立模块，用于获取目标河谷地基的基础参数，通过基础参数建立河谷地基三维有限元模型，并确定三维坐标系的坐标原点；

23、约束模块，用于获取载荷模块，并通过载荷模块设置目标河谷地基模型的边界约束；

24、结点设置模块，用于获取目标河谷地基表面发生谷幅收缩的所有结点，并将所有结点汇集为结点集；

25、第一位移输出模块，用于对所述结点集施加沿河床中心方向的水平位移模拟谷幅收缩，进行河谷地基有限元第一次静力分析，获取结点集的结点反作用力以及结点集的第一位移；

26、第二位移输出模块，用于第二次静力分析前，移除结点集上的位移荷载，将结点集上的位移荷载替换为结点反作用力，计算河谷地基两岸收缩位移，即得到结点集的第二位移；

27、结果输出模块，用于将第一位移与第二位移进行对比，输出验证结果。

28、主控模块，用于与所述模型建立模块、约束模块、结点设置模块、第一位移输出模块和第二位移输出模块，用于执行上述的基于结点反作用力的河谷谷幅收缩方法。

29、第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于结点反作用力的河谷谷幅收缩方法。

30、本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

31、本发明模拟谷幅收缩方法，既可用作结构的静力分析，又可用作结构的动力分析，有效解决了无法模拟地基左右侧边界和大坝建基面位移、应力等反应的动态效应，难以反映大坝的真实动态特性的问题。

32、本发明适用于谷幅收缩处网格较细或较多结点，节约时间成本，避免手动逐条施加结点反力出现的施加位置混淆错误。

33、本发明模拟谷幅收缩比在地基左、右岸截断边界处施加位移荷载的方法得到的谷幅收缩值更加准确。

技术特征：

1.一种基于结点反作用力的河谷谷幅收缩模拟方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于结点反作用力的河谷谷幅收缩方法，其特征在于，所述目标地形包括河谷地基，所述确定三维坐标系的坐标原点包括将坐标原点设置于河谷地基上游右岸底部角点处。

3.根据权利要求2所述的基于结点反作用力的河谷谷幅收缩方法，其特征在于，所述设置目标河谷地基模型的边界约束包括：

4.根据权利要求2所述的一种基于结点反作用力的河谷谷幅收缩模拟方法，其特征在于，所述对所述结点集施加沿河床中心方向的水平位移模拟谷幅收缩包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于结点反作用力的河谷谷幅模拟方法，其特征在于，所述模拟不同高程的河谷收缩包括：

6.根据权利要求2所述的基于结点反作用力的河谷谷幅收缩方法，其特征在于，所述移除结点集上的位移荷载包括：

7.基于结点反作用力的河谷谷幅收缩系统，其特征在于，包括：

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的基于结点反作用力的河谷谷幅收缩方法。

技术总结本发明涉及水利水电工程技术领域,具体而言，涉及基于结点反力的河谷谷幅收缩模拟方法及系统、介质，包括:获取目标河谷的基础参数，建立河谷有限元模型；获取河谷表面发生谷幅收缩的结点，汇集为结点集；对结点集施加沿河床方向的位移荷载，进行第1次静力分析，提取结点集上的反力和谷幅收缩值；将结点集上结点反力替换位移荷载，进行第2次静力分析，计算获得河谷两岸收缩位移值；将基于位移荷载法计算得到的谷幅收缩值与基于结点反力法计算得到的谷幅收缩值对比，验证该方法的精确性，实现基于结点反力的谷幅收缩模拟；本发明模拟谷幅收缩方法，有效解决了动力分析中无法模拟河谷两侧位移随动荷载的变化，难以反映大坝真实动态特性的问题。技术研发人员：吴旭欣,刘孔震,傅康,曾彦杰,施德航,薛旭,张鑫,叶超,徐彪,杨淼,龙腾,刘晓庆受保护的技术使用者：四川华能宝兴河水电有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29