三维有限元动力计算程序的优化

河海大学顾淦臣教授于20 世纪80 年代初率先在国内开展了面板堆石坝二维和三维地震反应的分析研究工作，与指导的研究生陈映坚、董爱农、张振国、孙明权、迟世春、朱晟、眭峰等研制和完善了国内最早的专门用于面板堆石坝（也可用于其他类型土石坝）的三维有限元静动力计算程序TSDA。程序先后应用于西北口、大柳树 （可行性研究）、小干沟、天生桥一级、冶勒、瀑布沟、石砭峪、公伯峡、琅琊山、下六甲、仁宗海等面板堆石坝及大伙房（运行30 年后抗震复核）、塘房庙、册田 （受大同阳高地震后抗震加固复核）、鲁布革（运行专题研究项目）、海阳盘石、西霞院、大梁等土石坝。计算分析成果为这些土石坝的设计和加固提供了可靠的理论依据，取得了巨大的经济效益。以该程序为基础的 “混凝土面板堆石坝三维有限元静、动力分析研究”成果获原能源部1989 年电力科学技术进步二等奖。TSDA程序具有以下主要特点：

（1）丰富的单元类型：程序含8 结点六面体等参单元、6 结点五面体等参单元、4 结点四面体单元、8 结点接触单元、6 结点接触单元、8 结点连接单元等。

（2）丰富的材料静动力本构模型：材料的静力本构模型见7.2.1 节，动力本构模型见第3 章和7.2.2 节。

（3）对坝体分级填筑（简单加载或复杂加载）、面板浇筑 （一次或分期）及库水的分期蓄降均可按照工程进度要求进行详细模拟。

（4）可以按照要求输出所需的静力物理量：坝体（坝基）的位移和应力，面板三向位移，面板顺坡向和坝轴向应力，周边缝和垂直缝的拉开或压紧量、沉陷和剪切错动量。

（5）动力计算可输入地震3 个分量、2 个分量或1 个分量的地震加速度过程线，可以计算各种类型的坝水相互作用（7.2.3 节），亦可以只算空库情况。

（6）可以按照要求输出所需的动力反应量：坝体（坝基）的动位移和动应力，面板三向动位移，面板顺坡向和坝轴向动应力，周边缝和垂直缝的动拉开或压紧量、动沉陷和动剪切错动量，面板和坝体（坝基）各个部位的速度和加速度，面板的动力抗震稳定性等。所有这些动力反应量都可输出过程线或最大值。

（7）可对坝基（坝体）进行总应力法和有效应力法液化分析。有效应力法可得到振动孔隙水压力和液化度的分布情况或过程线，其中振动孔隙水压力模型见第4 章。(www.xing528.com)

（8）可计算大坝地震永久变形，计算方法见第5 章。

（9）有专门的前处理和后处理配套程序，应用灵活、快捷方便。同时也与国际上几类大型有限元计算通用软件 （比如Abaqus，Adina，Marc，Ansys 等）有良好的接口。

TSDA程序的主要计算过程如图7.12 所示。

图7.12　（一） TSDA程序流程图

图7.12　（二） TSDA程序流程图