堆石坝混凝土面板温度应力分析研究

本文结合新疆吉林台面板堆石坝的设计方案,应用能模拟堆石体施工过程的有限元模型和计算方法,研究了寒冷地区的堆石坝混凝土面板在温度荷载作用下的应力分布规律.同时,通过在面板与垫层以及面板与趾板之间不设置接触单元和设置接触单元的两种计算方案的比较,探讨接触单元在混凝土面板温度应力有限元计算模型中的应用.计算研究表明,在冬天寒流侵袭时,面板中下部将出现大于混凝土抗拉强度的拉应力值;设置文中所述的接触单元是可行的,这样更能模拟面板的实际受力情况.     

接触面模型在高面板堆石坝中的应用研究

讨论了接触面Ｇｏｏｄｍａｎ单元模型和Ｄｅｓａｉ薄层单元模型的特点，介绍和分析了笔者提出的接触面薄层单元耦合本构模型。应用无厚度Ｇｏｏｄｍａｎ单元模型和笔者提出的薄层单元耦合本构模型分别对某高面板堆石坝进行了三维非线性有限元计算。计算结果显示，二者是有差异的，面板应力变形的差异更为明显，接触面模型和参数更为直接影响面板应力变形的计算结果。     

节理单元弹粘塑性本构模型及其应用

文章针对混凝土面板堆石坝中面板和垫层间接触面上的变形机理与受力状态,提出了有厚度的节理单元,并建立了三维弹粘塑性接触面本构关系,它能够更加精确的模拟出接触面的张开、闭合和滑移等接触状态。还据此编制了有限元计算程序,利用此程序分析了一个具体工程实例,验证了该模型的合理性。     

基于子模型法的混凝土面板堆石坝应力变形数值分析

采用非线性有限单元法,并基于邓肯-张(E-B)非线性本构模型,考虑面板堆石坝填筑施工与蓄水过程,利用中点增量法对苗家坝面板堆石坝进行了三维有限元数值仿真分析,得到了坝体施工期和蓄水期坝体的应力变形分布规律,从坝体结构意义上判断,堆石坝体工作是可靠的;同时,为了获得面板及其接缝应力变形更为精确可靠的结果,采用发展的三维子模型方法,而面板与垫层区之间的特殊边界用耦合的薄层单元进行模拟.工程算例的计算结果表明:面板应力和变形规律正常,较大拉应力分布范围局限在铺盖保护区以内,面板竖缝和周边缝变形值不大,面板的安全性是比较有保障的.同时,进一步证明了用耦合的薄层单元模型模拟接触面的子模型法在面板应力变形计算中具有一定的可行性和可靠性.     

接触面薄层单元耦合本构模型

接触面单剪试验显示，在土与结构接触界面土体一侧存在剪切错动带，剪切过程中的土尤其是粗颗粒土出现明显的剪胀/剪缩效应。为了反映剪切错动带的应力应变特征，更恰当地模拟土与结构的相互作用，提出了接触面薄层单元耦合本构模型。同时讨论了薄层单元厚度的确定问题。     

基于两类横缝接触模型的拱坝非线性动力响应研究

本文基于主、从接触面的接触边界方法，采用限制接触面切向滑移的弹簧单元，模拟切向完全约束的高拱坝横缝在地震动荷载作用下张开、闭合的非线性力学行为，并应用有限元隐式迭代方法求解结构的动力响应。为了适应拱坝计算，文中对基于接触边界的ABAQUS模型进行了功能扩展，包括引入弹簧单元约束切向滑移、嵌入有限元库水附加质量等。通过讨论接触边界与接触单元模型的有限单元格式，比较了两类接触模型的特点。分别采用该模型与基于接触单元法的ADAm88模型模拟某拱坝的动力响应，两者得到了基本一致的规律：结点位移与横缝开度吻合良好，动位移与开度时程反映出相同的动力响应周期，二者都反映出横缝张开引起的拱向拉应力释放和梁向应力的增加。通过计算验证了ABAQUS模型在拱坝动力计算方面的适用性，说明该模型适合作为一个扩展平台嵌入其他的本构、边界模型以全面模拟实际拱坝的动力特性。     

基于ANSYS的高面板坝分级加载仿真分析

以新疆某高面板堆石坝为例,堆石体结构采用Duncan-Chang双曲线非线性本构模型,面板与垫层之间接触面采用Goodman双曲线本构模型处理,对Duncan-Chang本构模型进行ANSYS二次开发,建立了三维有限元模型。通过逐层填筑、逐级加载方式,模拟分析三个典型断面的施工期、死水位期、正常蓄水位期三种工况下的应力与沉降变形规律。结果表明:在逐级加载完成后,随着水位逐渐升高,逆流向水平位移逐渐减小,顺流向水平位移逐渐增大;最大受拉区出现在坝踵混凝土面板与趾板连接处,是最容易受拉开裂的部位;最大受压区出现在基础深覆盖层最底端中部位置。经对比分析,模型数值模拟分析结果与实际监测结果基本吻合。     

面板堆石坝中接触面静力数值模型计算参数研究

土与结构接触面受力、变形等问题一直是水利、土木领域的重难点问题之一,是更好更合理的解决土与结构相互作用的前提。在现有的计算模型中为了更好的模拟面板堆石坝中面板与堆石体之间的接触,本文通过静力数值模型研究了无厚度goodman接触面单元的法向和切向刚度的合理取值范围。结论认为无厚度good鄄man接触面单元的法向刚度取值为相邻材料弹模的50—100倍,计算模型法向刚度与初始切向刚度的关系取Kn=2.5Ks.时可以更好的反应土与结构两者的受力及变形协调问题。     

一种薄层接触单元的开发及FLAC~(3D)实现

随着土木水利行业的蓬勃发展,出现越来越多岩土-结构相互作用的问题。虽然目前国内外学者研究出很多种类的接触面本构模型,但大多软件中的接触面模型甚为简单,如此便限制了软件对接触面问题的模拟。FLAC3D软件中的interface单元是简单的库伦滑移型无厚度接触单元,不能模拟接触面所能表现出的例如应变软化等特性。鉴此,基于塑性力学,首先提出了一种弹塑性本构模型。然后基于VC++语言,将此模型开发成适用于FLAC3D软件的薄层实体单元。最后用三个数值算例验证了所开发的单元和本构模型能反映接触面在弹性阶段的非线性,在塑性阶段的应变软化、大变形、法向剪胀及拉伸破坏等特性。用所开发的新单元代替原有的interface单元能提高FLAC3D模拟复杂接触特性的能力。     

土工织物防洪护岸的非线性有限元分析

将岸坡和河床及土工织物等作为一个整体结构,对这种混合结构提出了非线性有限元结构分析方法及计算程序。沙土材料用四边形等参元离散,土工织物则离散成只能承受拉力的连杆单元,在不同介质的接触面上设置一维接触面单元。对于沙土材料和接触面,文中各给出了两种可供选择的非线性本构模型。通过工程实例计算结果,说明这种分析方法是可行的。