某水电站面板堆石坝三维有限元变形分析

旨在给面板堆石坝的设计提供有效的技术参数,提出了科学合理的坝体分区以及面板与分缝的结构形式,数值模拟了面板堆石坝三维渗流问题,利用邓肯-张E-B模型,基于有限元分析软件ANSYS提供的二次开发程序,分析了混凝土面板堆石坝竣工期和蓄水期的应力变形.计算结果表明:蓄水期坝体最大横断面最大计算沉降约为147.5cm,约为坝高的1.2%,坝体最大主应力约为2.33 MPa,面板的挠曲变形最大值约为14.88cm,坝体的应力和变形以及面板的变形均较小;岸坡地形对坝体和面板的应力变形有着明显的影响,右岸陡边坡及凸山梁,引起坝体和面板的变形梯度均较其他部位大.运用ANSYS模拟面板堆石坝三维渗流的应力应变合理可行.     

某面板堆石坝应力及变形的有限元分析

基于邓肯-张E-B模型,建立了某面板堆石坝的有限元计算模型,获得了施工期、正常蓄水期和水位骤降期的坝体、面板应力及变形的分布和变化规律.结果表明:该混凝土面板堆石坝的坝体应力及变形性状正常,变形值在可接受范围内;坝体发生剪切破坏的可能性较小;趾板下覆的坝基较小范围内,存在应力集中和小主应力方向受拉的现象;库水位的大幅度变化对面板的挠度影响明显;坝基中断层只是对坝基的应力分布形态有影响,对坝体的应力变形影响微弱.     

抽水蓄能电站混凝土面板堆石坝应力变形分析

为了研究抽水蓄能电站混凝土面板堆石坝不均匀沉降和面板挤压破坏,为设计和施工提供理论指导,对天池抽水蓄能电站混凝土面板堆石坝进行三维有限元应力变形分析,堆石料的本构关系采用邓肯-张E-B(ElasticBulk)模型,建立混凝土面板子模型结构,采用无厚度的三维非线性面-面接触摩擦单元来模拟面板与垫层之间的接触、面板竖缝和周边缝。计算结果表明,坝体竣工期和蓄水期的沉降变形分别占坝体高度的0.63%和0.66%,坝体的整体应力变形符合一般规律;面板蓄水期最大挠度为40.8 cm,大致与坝体上游坝面位移相契合;面板竖缝和周边缝的整体变形量都不大,可以保证止水安全正常工作。对不同的面板竖缝填缝材料和宽度进行对比分析,建议采用较软的填充材料以改善面板轴向压应力,采用较大的竖缝宽度以改善面板顺坡向拉应力。     

多折点折线形混凝土面板堆石坝三维有限元分析

对坝轴线呈连续多折点的折线形面板堆石坝进行了分析,探讨了应力变形特性和规律,比较了其与普通直线型面板坝的差异.基于某多折点凸向下游的折线形面板堆石坝,采用三维有限元软件建立坝体模型和面板子模型,分析了坝体和面板的应力变形、结构缝变形与折线体型的关系以及上宽下窄的异型面板对面板应力的影响.研究结果表明:坝轴线折线形布置,相邻面板形成坝轴向交角,使得转折部位面板轴向应力由高压应力转为低压应力甚至拉应力,面板垂直结构缝由压性缝转变为张性缝;上宽下窄的异型面板使得面板底部顺坡向拉应力分布范围增大.     

响水涧抽水蓄能电站上水库主坝应力变形分析

面板堆石坝的应力变形,尤其是面板的应力变形及周边缝、垂直缝的变形是工程设计施工人员最为关注的部位．以响水涧抽水蓄能电站上水库主坝为例,建立三维有限元模型,计算分析各工况下坝体、面板的的应力应变以及周边缝、垂直缝的变形,为面板坝设计施工提供参考性意见．     

利用ABAQUS分析混凝土面板堆石坝非线性应力与应变

利用通用有限元分析系统ABAQUS的用户子程序,实现了Duncan-Chang模型的开发.对某混凝土面板堆石坝(CFRD)进行了填筑与蓄水过程的应力与变形的三维非线性有限元仿真模拟,得到了坝体和面板的应力与变形、垂直缝和周边缝沉陷、剪切和张开变形等结果,可为坝体断面优化分区、接缝止水设计提供重要参考依据.同时表明:充分利用ABAQUS已经具备的非线性分析功能,二次开发是完成混凝土面板堆石坝三维非线性应力应变分析的有效解决方案.     

贴坡型混凝土面板堆石坝应力变形及坝坡稳定分析

利用堆石坝对地形条件适应性强的优势,某混凝土面板堆石坝设计建于条形山脊上,依天然坡面分别贴岩坡填筑堆石料,使原山体成为坝体一部分,形成国内比较罕见的贴坡型混凝土面板堆石坝.假设堆石料服从Duncan-Chang本构模型,采用平面非线性有限元法,预测了坝体在竣工期和蓄水期应力变形;并根据极限平衡理论和考虑堆石料的非线性强度计算了坝体稳定安全系数.全部计算结果表明:贴坡型混凝土面板堆石坝的坝体变形规律与常规混凝土面板堆石坝有较大的不同,坝体沉降和水平位移较小,受地形和岩坡开挖形态影响较大,下游岩坡开挖成阶梯形态对降低和控制坝体沉降具有较明显的效果,可减小下游坝体滑动的趋势,对维持和提高坝体竣工和蓄水后的稳定性有利.     

沥青混凝土心墙堆石坝应力变形有限元分析

利用椭圆-抛物双屈服面模型,对某沥青混凝土心墙土石坝进行三维有限元计算分析,研究了坝体在竣工期、蓄水期坝体的应力变形特性.计算结果表明:坝体竣工期最大沉降为50.86cm,占最大坝高(包括覆盖层,计69m)0.4%.坝体蓄水期最大值为50.5m,占最大坝高0.397%.顺河向水平位移较小.其中,竣工期向下游水平最大位移为5.58cm,向上游水平最大位移为4.5cm.蓄水期向上游水平最大位移为8.5cm.竣工期和蓄水期坝体大主应力分布规律相似,且竣工期和蓄水期均存在心墙拱效应.心墙小主应力均大于零,即没有出现拉应力.竣工期和蓄水期坝体的应力水平均不高.     

重力坝三维有限元分析

以三维有限元法为基础,对故县水库重力坝坝体及基础进行结构分析,计算坝体在5种工况下的应力、位移,并对计算结果进行详细分析.指出坝体应力在几种工况下绝大部分处于受压状态,坝踵区出现了应力集中现象;在温度荷载的作用下,坝体发生了较大的变形,温升时坝踵处产生较大的压应力,温降时产生拉应力.由于横缝作用,拉应力值不大;在地震动力荷载作用下,坝体最大动位移出现在坝顶上游侧,在坝踵和坝趾处均出现应力集中.这些结论供同类型的重力坝设计和复核作参考.     

大角度折线型高面板堆石坝三维数值模拟分析及应用

对大角度折线型高混凝土面板堆石坝进行系统的研究,探索其受力变形规律,有利于进一步提高混凝土面板堆石坝的筑坝技术,同时拓宽混凝土面板堆石坝的应用范围。以某拟建工程为例,采用三维非线性有限单元法,建立折线型面板堆石坝的数值模型,分析其坝体及面板的应力、应变变化规律,研究折线型坝体结构与面板结构缝变形之间的非线性关系。研究结果表明:采用三维非线性有限单元法进行折线型混凝土面板堆石坝整体性能研究是可行的;折角两侧的坝体沿坝轴线方向具有向折点部位偏移的趋势;在坝体变形的带动下,两侧面板的水平向拉应力和结构缝张开变形增大;重点提高堆石体力学性能,以及利用转角布置的灵活性优化整个大坝的布置条件,可有效地提高折线型面板堆石坝运行的安全性。     

江坪河水电站混凝土面板堆石坝三维有限元分析与面板裂缝控制

裂缝是制约面板堆石坝推广的重要控制因素之一.针对可能导致面板出现裂缝的各种因素,结合江坪河面板堆石坝实际工程,建立包含面板、堆石体和岩基的三维数值分析模型,采用邓肯-张E-B模型模拟堆石体的应力应变关系,对竣工期与运行期的面板、周边缝的应力与变形展开研究,并对邓肯-张E-B模型中的关键控制材料参数进行了敏感性分析.结果表明:参数n、m对堆石体和面板的变形及应力影响较小,而Rf和k产生的影响较大.因此,堆石体选料应该级配合理,碾压应充分,保证坝体填筑均匀上升,加速竣工期沉降,减少蓄水后的变形量,避免蓄水后的堆石体和面板产生过大的沉降以及出现裂缝.     

深厚覆盖层上堆石坝坝基廊道抗震安全性评价

为探讨深厚覆盖层上堆石坝坝基廊道地震反应规律并评价其抗震安全性,以金平沥青混凝土心墙堆石坝为背景工程,在三维非线性静力分析基础上,采用子模型技术对坝基廊道进行了地震动力时程分析,坝体材料及覆盖层采用Hardin-Drnevich动力本构模型,采用薄层单元模拟各类接触面.计算成果显示,廊道中部动应力反应相对较大,地震过程中其应力变形极值相对静力工况变化较小;设计地震对廊道与两岸灌浆平洞接缝的变形影响不大;坝基廊道与沥青混凝土心墙的连接部位始终处于受压状态,对该部位止水的防渗可靠性有利.总体来说,坝基廊道的抗震安全性是有保障的.     

沥青混凝土心墙坝防渗墙材料配比优化

采用Duncan-Chang非线性模型对下坂地深覆盖层沥青混凝土心墙坝进行了三维有限元分析,并着重对防渗墙的应力变形进行了分析研究,针对施工过程中防渗墙九种不同的材料级配方案,给出了大坝竣工期、水库蓄水期防渗墙应力和位移随墙体参数变化的规律;优化选择合适的墙体材料配比,为防渗墙墙体的选择提供了理论依据。     

堆石坝面板混凝土施工期温度和应力全坝段仿真分析

针对堆石坝面板混凝土易开裂问题及其结构特点,开展了面板混凝土施工期温度和应力变化规律的仿真研究.依托某混凝土面板堆石坝工程,建立了三维仿真计算网格;采用三维不稳定温度场和应力场的有限元仿真计算程序,对堆石坝面板全坝段施工过程的温度和应力进行了动态仿真计算和分析.结果表明,堆石坝面板施工期内部拉应力较大,且最大拉应力出现在最大温降龄期;此外,面板短间歇面施工期拉应力较小,长间歇面在上层混凝土浇筑后拉应力较大.     

某混凝土面板堆石坝施工期渗流有限元分析

在芹山水电站面板堆石坝一期面板浇筑完成后,二期面板尚未施工时遭遇洪水情况下,为了校核下游坝坡的稳定,对面板堆石坝施工期的平面渗流进行了有限元分析,说明了计算方案的确定、模型的建立、参数的选取以及对结果的分析,提供了在施工期间复核大坝渗流安全的计算方法。     

碾压混凝土重力坝诱导缝施工期三维非线性开裂分析

基于三维瞬态有限元温度应力仿真分析的结果,采用混凝土分布裂缝模型,对大坝诱导缝的开裂及裂缝扩展进行了跟踪计算.计算结果表明,坝体的上游面诱导缝缝端应力强度因子局部超过混凝土的断裂韧度,诱导缝开裂发生,诱导缝的开裂明显地减小了坝段中部区域的拉应力,根据开裂分析结果,建议诱导缝的设置长度为4.5m.     

不同坝型重力坝水下接触爆炸特性研究

近半个世纪以来,中国成为世界上建坝数量最多的国家。需要评估爆炸荷载对于大坝的安全的影响。本文为研究水下不同炸点接触爆炸对混凝土重力坝上游有折坡段和上游无折坡段两种坝型的动力响应以及破坏状态影响,进行了两种坝型的混凝土重力坝水下接触爆炸的动力响应及损伤破坏特性的对比分析。利用数值模拟方法计算了炸药在空气中爆炸对于混凝土板的损伤破坏,并与物理实验的结果进行对比。通过计算结果对比验证了所使用数值模型的正确性和可靠性。以混凝土重力坝上游有折坡段和上游无折坡段两种坝型为研究对象,考虑炸药-库水-空气-混凝土重力坝结构之间的动力耦合关系,对比分析了水下接触爆炸冲击荷载作用下,两种坝型的挡水坝段坝体的动态响应及损伤破坏分布特性。通过对比分析可知：混凝土重力坝上游有折坡段的挡水坝段减小了水下接触爆炸对坝体的加速度、速度及位移的动力响应。混凝土重力坝上游无折坡比有折坡坝型的挡水坝段在水下接触爆炸冲击荷载作用下损伤范围更大、更为严重。通过以上结果可得到结论：混凝土重力坝上游折坡段可以有效地散射爆炸产生的应力波,减小混凝土重力坝的损伤破坏程度。     

大朝山水电站工程溢流坝段应力变形计算分析

对澜沧江大朝山水电站工程典型溢流坝段在正常蓄水位工况、正常蓄水位＋地震工况和校核洪水位等３种工况下的应力变形状态作了弹性和弹塑性有限元分析计算,给出了大坝特征点的应力值和位移值,分析了软弱坝基条件下坝体的应力特点,对弹性和塑性计算结果的区别进行了比较分析．计算结果表明,大坝应力满足安全要求．     

山东某调蓄水库围坝应力与变形分析

采用有限元方法对山东省某调蓄水库工程围坝进行了有限元分析,论证了聚乙烯薄膜垂直防渗槽的位置对坝体应力与稳定的影响.通过分析计算表明,目前设计的防渗沟槽的位置及其回填质量不至于对坝体的安全和运行状况造成很不利的影响,由于坝体的施工和运行一般不会对聚乙烯薄膜造成破坏