沥青混凝土心墙风化料坝长期稳定性分析研究

在各种荷载和环境因素的长期作用下，风化料坝体堆石随时间逐渐发生变形，过大的变形影响大坝安全稳定。为研究沥青混凝土心墙风化料坝在运行期较长时间的坝体稳定性问题，依托工程实例中叶水库沥青混凝土心墙风化料坝，基于三维流变分析Burgers模型，模拟大坝在蓄水后运行期10 a的流变过程，计算流变位移及应力变化。结果表明：竖向最大流变位移为25.37 mm,发生在河床段坝顶；水平向最大流变位移为9.48 mm,发生在左岸坝肩坝顶位置；大主应力极值、小主应力极值相比初次蓄水期增加7.75%、3.79%。坝体流变位移在前3 a增加较快，进入第3～10 a后，流变位移增量逐渐趋于稳定。综上，中叶水库大坝在运行期的10 a内流变变形较小，应力增加较小，沥青混凝土心墙风化料坝的流变规律与堆石坝流变规律基本一致，同时说明大坝是安全稳定的。     

新疆托帕水库沥青混凝土心墙坝应力变形分析

采用三维非线性有限元软件，用邓肯E-B模型作为坝体及心墙的本构模型，根据心墙模型参数室内三轴试验结果，对托帕沥青混凝土心墙堆石坝进行应力变形分析，模拟大坝施工和蓄水过程，分析坝体沉降过程及心墙水力劈裂可能性。结果表明：坝体在竣工期最大沉降值为26.8 cm,现场监测最大沉降为20.5 cm,计算模型准确；预测蓄水期坝体的沉降为27.6 cm,其占最大坝高0.45%,小于1%,坝体沉降符合规范要求；心墙与上、下游过渡料之间变形不协调，最大沉降差分别为5.4 mm和7.3 mm,导致内部存在拱效应，但其上游面最小主应力大于水压力，其发生水力劈裂的可能性极小。     

砂土ＵＨ模型在土石坝有限元分析中的应用

利用砂土ＵＨ模型对两岔河水库工程心墙堆石坝进行了应力变形三维有限元计算,分析了坝体在竣工期和满蓄期的应力变形特性。结果显示:坝体在竣工期和满蓄期的最大沉降分别为７３．８ｃｍ和７７．７ｃｍ;坝体在竣工期和满蓄期的大主应力、小主应力均存在拱效应,大主应力的拱效应更显著,心墙内小主应力均为正,未出现拉应力;竣工期和满蓄期防渗墙左右两侧小主应力出现了拉应力区,防渗墙最大拉应力和压应力均在混凝土强度容许范围内。大坝应力变形的计算结果符合心墙堆石坝应力变形一般规律。有限元计算结果均在合理范围内,表明砂土ＵＨ模型在土石坝工程中有较好的适用性。     

塑性混凝土心墙坝应力变形特性研究

为研究塑性混凝土心墙坝的应力变形特性,通过选取合适的本构模型、接触单元、施工过程和蓄水过程模拟方法等,结合工程实际,运用三维非线性有限元法对大坝应力变形进行计算分析。研究结果表明:在竣工期和蓄水期,坝体的水平位移及垂直位移的分布特征与一般均质土坝一致;大坝的大主应力均为压应力,从坝面向坝内应力逐渐增大,且最大值发生在坝体底部心墙附近;小主应力除局部存在较小的拉应力外,其余均为压应力。     

云荞水库面板堆石坝三维非线性应力与变形分析

采用非线性有限元分析方法，对云南云荞水库面板堆石坝坝体及面板在施工期和蓄水期的应力变形特性进行了较为深入的研究。根据三维计算分析的结果，可以得出如下结论：在各计算方案情况下，坝体在蓄水期的累积垂直位移为0．3m左右，大、小主应力的最大值分别为1．17MPa和0．39MPa，面板的最大挠度为6．9cm，周边缝的位移一般2均在毫米量级。从应力变形分析的角度看，这样的数值均在合理范围内，坝体断面设计的方案基本上是可行的。     

中厚覆盖层上中低面板堆石坝应力变形分析

在中厚覆盖层上修建中低面板堆石坝目前较为普遍,其应力变形特性与深厚覆盖层上修建的高面板坝有较大差异,因此有必要进行研究。利用目前应用较为广泛的邓肯-张E-B模型,采用二维有限元分析法针对位于宽河谷中的双溪口面板堆石坝竣工期及蓄水期的堆石体及面板的应力变形特性进行研究。结果表明:相比竣工期,蓄水期坝体沉降、向下游的水平位移、大坝大小主应力、应力水平及面板挠度均有所增加,其中以面板挠度及大坝水平位移增加最为明显,挠度增加了16.61 cm,水平位移增加约1倍,沉降增加幅度约为8%,大、小主应力增加10%~20%,应力水平增加约50%。大坝在竣工期及蓄水期的应力及变形均在允许范围内,大坝运行正常。     

某300m级心墙土石坝变形和应力计算研究

采用非线性有限元模型,对某300 m级心墙土石坝的最终设计断面,在施工和蓄水过程中的应力和变形状态进行了分析,在黏土与混凝土间设置了Goodman接触面单元。结果表明:竣工期该坝体累计最大沉降量为262.4 cm,坝体累计沿河流向最大水平位移为74.7 cm;蓄水期该坝体累计最大沉降量为268.7 cm,坝体累计沿河流向最大水平位移为125.7 cm;尽管黏性土的变形较大,但黏性土层的应力水平不高,设计推荐的厚度是合适的。     

阿白冲水库大坝静应力及变形计算分析

阿白冲水库地处高山峡谷区,岸坡陡峻,坝高库小,通过坝体静力应力变形计算,得出坝体主应力及应力水平分布、沉降和水平位移分布,分析了心墙拱效应和水力劈裂性状。所得到的大坝应力变形结果对后续的工程设计起到了较好的指导作用,有效地保护了大坝安全。     

某水库沥青混凝土心墙坝有限元计算分析

基于等效线性模型,采用有限元法对在建的某水库沥青混凝土心墙堆石坝进行了理论计算,重点研究了大坝在运行期各工况水位下的渗流,以及施工期、蓄水期大坝的应力变形分布,并将理论计算结果与施工期大坝安全监测资料进行了对比分析,对蓄水期大坝渗流、坝体及心墙应力变形进行了预测分析。分析表明:其施工期的理论计算结果与监测资料基本一致。大坝防渗效果较好,沥青混凝土心墙及防渗帷幕起到了主要的阻水作用。坝体应力变形分布规律较为合理,心墙与过渡料及填筑料间能协调变形,工作性态良好,符合土石坝应力变形规律,为下一步水库蓄水验收及蓄水运行提供了科学依据。     

某槽挖式混凝土心墙结构应力应变特性研究

某水库工程拟在进行堆石料和过渡料填筑后再挖槽浇筑混凝土心墙.由于混凝土心墙高度达47.5m,心墙与周围土体的协调变位,以及蓄水后心墙内力分布是工程关注的问题.对5种不同刚度材料的心墙应力应变特征计算分析表明:不同材料心墙的最大沉降均出现在坝体中部高程附近,最大沉降量约-18.909 cm(占坝高40.5m的0.467％).柔性好的塑性混凝土与坝体协调变位最好,刚性混凝土C25心墙的坝体与心墙变形协调性最差.坝体及心墙应力极值随心墙模量降低而降低.刚性最大的C25心墙在覆盖层和基岩交界处应力值超标,拉应力最大值达到-6.0 MPa,呈现出显著的悬臂效应;而塑性混凝土变形协调性良好,心墙上下游面拉应力均小于-0.5 MPa,应力水平也最优.建议设计施工优先采用塑性混凝土方案,而若要采用C25混凝土作为心墙材料,则需要对心墙做好配筋设计.     

基于AutoBANK的流固耦合场沙田水库坝体渗流变形特征研究

为研究沙田水库坝体流固耦合场渗流-变形特征,采用AutoBANK数值仿真方法,计算了坝体流固耦合场下渗流-变形的时序效应及渗透系数差异性下渗流-变形影响特征。沉降位移为坝体位移中最大值,其在施工蓄水期与运营期呈“蓄水期缓降-运营期速降-运营稳定期平静”三阶段特征,坝体上游水平位移变化特征与沉降位移类似,但下游水平位移与上游呈相反。大、小主应力全过程为“稳定-缓增-速降-平静”特征,以运营期60～350d内主应力降幅最显著,分别减少了38.6%、39.5%。坝体渗透系数不影响位移发展态势,但对沉降、水平位移量值分别具有抑制、促进作用,且坝体渗透系数愈大,沉降位移进入稳定期时间节点更滞后,而水平位移在蓄水期受之影响更敏感。     

分期蓄水和湿化作用对心墙堆石坝应力变形的影响

基于Duncan-Chang E-B材料本构模型,采用大型通用有限元分析软件ABAQUS,针对坝体在实际运行中分期蓄水和湿化作用的影响,对某沥青混凝土心墙堆石坝进行非线性有限元分析。在一次性蓄水、考虑湿化的一次性蓄水和分期蓄水时沥青混凝土心墙堆石坝应力应变特性的基础上,分别对坝体和心墙的水平位移、竖直沉降、大小主应力进行比较。结果表明:分期蓄水对坝体和心墙的应力变形影响较小;湿化作用对坝体和心墙的应力变形影响较大,在计算中应考虑其影响。     

中厚覆盖层上中低面板堆石坝变形特性有限元分析

针对应用更为广泛的中厚覆盖层上中低面板堆石坝变形特性进行了有限元分析,研究了面板堆石坝竣工期及蓄水期的堆石体及面板的变形特性,计算结果表明:相比于竣工期,蓄水期坝体最大竖向位移,向下游的水平位移,大坝大、小主应力及应力水平均有所增加,其中以大坝水平位移增加最为明显,约增加1倍左右,竖向位移增加幅度约为8%,大、小主应力增加10%~20%,应力水平增加约50%。     

沥青混凝土心墙坝的应力及变形特性

基于三维有限元数值模拟技术,对某沥青混凝土心墙坝进行了应力及变形分析.计算中采用Duncan-Chang E-B模型作为坝体及心墙材料的本构模型,考虑蓄水后心墙上游堆石料的湿化效应,对大坝填筑和水库蓄水过程进行模拟,得到了竣工期及蓄水期两种工况下沥青混凝土心墙和坝体的位移、应力分布规律.计算结果表明,坝体及心墙的应力变形值均处在合理范围之内,坝体填料和心墙材料满足强度要求,为结构设计、施工提供了参考依据.     

某心墙坝蓄水初期应力变形性态分析

蓄水初期水位上升使得土石坝应力场和渗流场存在错综复杂的相互作用,而忽略渗透作用仅研究应力变形易产生偏差.本文基于Biot 固结理论,采用变渗透系数的方法进行坝体施工期、蓄水期的流固耦合分析,并考虑坝料初始含水率及初始应力场的影响,以较真实的模拟蓄水初期瞬态渗流场对坝体应力变形的影响.结果表明：孔隙水压力的消散往往伴随着土体的变形,竣工期大坝变形主要以沉降为主,大主应力存在明显拱效应;蓄水使得心墙上游侧应力减小,坝体向下游错切变形.因此,初次蓄水对坝体不利,流固耦合作用对土坝蓄水初期应力变形影响不可忽视.     

三板溪水电站混凝土面板堆石坝应力变形分析

采用FLAC3D软件,对三板溪水电站混凝土面板堆石坝竣工期和蓄水期的变形与应力进行了数值模拟计算,结果表明,竣工期坝体最大铅直沉降量为110.20 cm,位于约1/2坝高处,沉降量约为坝高的0.54%;考虑蓄水期水压力作用后,在正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位下,最大沉降量为113.20、113.50、141.00 cm,最大沉降量为坝高的0.76%.通过对坝体变形和应力数值计算结果的分析以及坝体变形数值计算值与监测值的对比,说明坝体应力分布是合理的,符合大坝应力分布的一般规律.     

云龙水库粘土心墙坝三维有限元分析

采用三维有限元法对云龙水库粘土心墙坝进行模拟,计算蓄水期坝体的应力变形和心墙的变形情况。计算结果表明,大坝应力变形满足安全要求。     

土石坝应力路径数值分析

对糯扎渡心墙堆石坝进行有限元数值分析,研究了坝体内各点应力路径.结果表明,无论是填筑期,还是蓄水期,坝体内各点都为等应力比的应力路径.大主应力与小主应力之比基本保持恒定,但填筑期及蓄水期的比值大小不同.可为进一步研究适合于土石坝应力变形分析的本构模型提供参考.     

强震区某沥青混凝土面板堆石高坝抗震安全性分析

采用三维非线性有限元法,对Ⅷ度强震区某拟建抽水蓄能电站坝高161 m的上库高沥青混凝土面板堆石坝开展静动力应力变形计算。结果表明：静力条件下大坝变形分布规律合理,蓄水期坝体水平位移和沉降量极值分别为62.64和151.85 cm,面板拉应变极值为0.56%;在Ⅷ度设防地震作用下,坝体顺沟谷向、坝轴向和竖向动位移极值分别为22.88、21.90和13.76 cm,加速度极值分别为12.31、12.26和12.14 m/s²,震后坝顶震陷极值为30.01 cm,震陷率为0.19%;在面板反弧段和挖填交界处为拉应变峰值区,极值为0.85%。综合评价大坝整体安全性能良好,地震时不会出现重大安全问题。     

碾压式沥青混凝土心墙坝三维静动力数值模拟研究

为研究碾压式沥青混凝土心墙坝施工及运行期的受力特性,以新疆某水利枢纽工程为例,采用非线性邓肯-张E-B模型进行大坝三维有限元静力计算,采用等效线性粘弹性模型进行大坝三维有限元动力计算,采用三维等价结点力法研究坝体地震永久变形,主要研究坝体在静动力条件下坝体和防渗体的应力、变形以及基座与心墙的相对位移。结果表明,静力条件下,坝体最大沉降约占坝高的0. 27%,蓄水后心墙最大压应力较竣工期减少约14. 2%,蓄水后心墙顺河向最大位移较竣工期增大约2. 6倍、沿坝轴线方向减小约13. 3%;动力条件下,坝体地震沉降约占坝高的0. 09%,地震发生时坝体最大横断面心墙出现拉应力,其值约为最大压应力的9. 5%,地震结束后心墙最大压应力减小约16. 7%,未出现拉应力,地震后坝体顺河向发生永久位移,心墙最大压应力较地震前增大1. 9%,心墙顺河向最大位移较地震前增大约15. 4%、沿坝轴线方向减小约11. 5%。