高面板堆石坝应力变形分析的三维子模型法研究

面板堆石坝的变形分析是复杂的三维"非连续变形"问题.针对这一问题,对MSC.Marc有限元程序进行了二次开发,发展了三维子模型法,模拟了面板3个方向的边界、复杂的材料分区与施工过程,对目前世界最高的水布垭面板堆石坝进行了数值仿真,有效地解决了目前存在的数值分析精度偏低的问题.     

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.     

狭窄河谷中高面板堆石坝应力变形特性研究

结合高179．5m的洪家渡面板堆石坝，采用数值计算分析与大型离心模型试验的方法，深入研究了狭窄河谷中高面板堆石坝的应力变形特性．通过分析计算，给出了狭窄、不对称河谷地形条件下高混凝土面板堆石坝在施工期和蓄水运行期的应力、变形分布规律，以及面板周边缝的变形特点．同时，还对不同填筑干密度对坝体和面板应力变形特性的影响进行了对比分析．研究结果表明：河谷的地形条件对面板应力变形有着显的影响，通过改进碾压施工技术，提高填筑密度，将对坝体和面板的应力变形性状的改善，提高坝体的整体安全性起到重要的作用．     

天池水电站上水库堆石坝面板三维有限元分析

采用三维有限元模型,对天池抽水蓄能电站上水库面板堆石坝在竣工期和正常蓄水期两种情况下坝体面板的应力变形进行了分析。通过数值模拟,较好地体现了面板位移、应力分布规律,分析结果表明,面板应力、变形大小都在允许范围内。     

复杂加载条件下高面板坝应力变形有限元分析

采用非线性有限单元法,对某高混凝土面板堆石坝进行复杂加载条件下的应力变形仿真分析,揭示了面板堆石坝在各种工况下的应力变形规律,为工程设计提供了依据。     

狭窄河谷中高面板堆石坝应力变形特性研究

本文结合179．5m高的洪家渡面板堆石坝，采用数值计算分析与大型离心模型试验的方法，深入研究了狭窄河谷中高面板堆石坝的应力变形特性。通过分析计算，给出了狭窄、不对称河谷地形条件下高混凝土面板堆石坝在施工期和蓄水运行期的应力、变形分布规律，以及面板周边缝的变形特点。同时，还对不同填筑干密度对坝体和面板应力变形特性的影响进行了对比分析。研究结果表明：河谷的地形条件对面板应力变形有着显著的影响，通过改进碾压施工技术，提高填筑密度，将对坝体和面板的应力变形性状的改善，提高坝体的整体安全性起到重要的作用。     

水布垭面板堆石坝坝体分区优化有限元分析

采用三维弹塑性数值分析的方法，对水布垭面板堆石坝坝体主堆石和次堆石分区进行方案比较和优化分析。三维弹塑性有限元计算分析表明：将主次堆石区分界线移到上游侧，坝体应力、变形、面板应力、变形以及接缝的位移并不产生显的增加，面板坝处于安全状态。水布垭面板堆石坝主次堆石分界线偏向上游的优化方案在技术上是可行的。     

基于子模型法的面板堆石坝三维应力变形分析

基于三维有限元非线性方法,考虑某高面板堆石坝面板分期施工浇筑的特点,建立精细模拟面板特性的子模型,用有厚度的接触面单元模拟坝体与面板的接触面,设置相应的连接单元模拟面板缝的相互作用,分析了该面板堆石坝在施工期和蓄水期坝体和面板的应力变形,并与类似坝高的面板堆石坝的计算或监测结果进行比较。结果表明:在施工期和蓄水期坝体的最大沉降值约为坝高的1%,位于次堆石区;面板应力以压应力为主,拉应力主要集中在面板与周边山体连接处;周边缝的最大错动剪切变形、最大张拉变形及最大沉降剪切变形均未超过30 mm。     

面板堆石坝数值分析研究若干问题

在过去的十余年中，中国水科院参加了中国大部分重要的面板堆石坝的数值计算分析工作。伴随着中国面板堆石坝建设的发展，中国水科院在面板堆石坝应力变形分析领域的研究也日趋深入。本主要介绍中国水科院在面板堆石坝数值计算分析方面的一些经验，以及有关峡谷地区高面板堆石坝、利用软岩修筑面板堆石坝和深覆盖层上面板堆石坝等方面的研究成果，同时还对面板堆石坝数值计算分析中需进一步研究的问题进行了讨论。     

高陡坡面板堆石坝三维非线性有限元静力分析

结合拟建在局部岸坡角度为80°、地形条件极为复杂的高164．5m高的面板堆石坝，采用数值计算方法，深入地研究了岸坡极度陡峭的地形中高面板堆石坝的应力应变特性，通过计算分析得出了在地形条件十分陡峭的条件下，高面板堆石坝在施工期间和蓄水运行期间的应力变形规律及面板的变形特点；同时也为今后在岸坡陡峭的地形条件下建造高面板堆石坝提出了一些合理化建议。     

江坪河面板堆石坝二期面板浇筑方案研究

为使江坪河混凝土面板堆石坝二期面板浇筑方案的最优,确保工程施工质量和安全运行,通过采用面板子模型法对大坝的应力应变进行数值分析,经二期面板顶部高程和浇筑时机的多方案敏感性研究,得出最利于控制面板应力变形的方案,为江坪河面板坝的设计与施工提供了依据。     

浅谈邓肯一张E—B模型对高混凝土面板堆石坝的适应性问题

目前，邓肯一张E－B弹性非线性模型已被广泛应用于混凝土面板堆石坝的应力变形分析中。通过对某高混凝土面板堆石坝的有限元分析并将其结果与一些坝的原型观测结果进行对比，认为该模型用于高混凝土面板坝是基本适合的。     

狭窄河谷深覆盖层地基高面板堆石坝应力变形特性研究

为研究狭窄河谷深覆盖层上高面板堆石坝的应力变形特性,本文基于邓肯-张E-B非线性本构模型,采用中点增量法,结合九甸峡高面板堆石坝工程实例,对其施工期和运行期的应力变形进行了三维有限元仿真分析。结果表明:与一般建基于宽浅河谷及基岩坝基情况的面板堆石坝相比,在狭窄河道深覆盖层地基上建设高面板堆石坝,竣工期和蓄水期的坝体水平位移分布受覆盖层的影响较大,坝体应力分布也呈现出与岩石坝基有所不同的分布特征,面板的应力变形基本均在正常范围内,但蓄水期面板接缝尤其是周边缝位移相对较大,因此建议设计应对接缝止水采取相应的防护措施。     

复杂坝基条件下混凝土面板堆石坝抗滑稳定分析方法

针对复杂坝基条件,阐述了这些坝基条件对于混凝土面板堆石坝抗滑稳定的影响机理。结合部分已建的面板堆石坝工程,对复杂坝基条件下的混凝土面板堆石坝应力变形特性进行了系统分析。对混凝土面板堆石坝抗滑稳定分析的传统方法进行了比较分析,指出了其存在的问题。在此基础上,探讨了复杂坝基条件下混凝土面板堆石坝抗滑稳定的分析方法,提出了用有限元应力代数和法进行复杂坝基条件下混凝土面板堆石坝抗滑稳定分析的方法。     

复杂地形对面板坝面板应力和变形的影响分析

某混凝土面板堆石坝坝高144m．河谷地形复杂。采用三维非线性有限元法,建立了坝体和坝基的三维有限元模型．模拟了大坝填筑施工过程和水库蓄水过程．分析了运行期面板的应力变形及周边缝的变位特性,研究了复杂地形条件对该坝面板应力和变形的影响。计算表明：该混凝土面板堆石坝的面板应力受地形的影响较大,与坝体断面几何形态密切相关。左岸次堆石区变形大．面板应力较大,而右岸岩体的支撑作用显著,面板应力较小。右岸陡坡处及左右岸变坡处周边缝的变形较大。     

混凝土面板堆石坝静力分析

预估坝体的变形分布、面板应力和变形以及周边缝和垂直缝的张开量和压缩量等对于面板堆石坝的设计具有重要意义,它可为坝体堆石材料分区、断面进行优化、施工进度安排、运行性态预测提供理论依据。目前多采用有限单元法进行面板堆石坝的应力应变计算和分析。由于二维有限元计算不能提供周边缝和垂直缝等的变形情况,而这正是面板堆石坝设计中最为关心的难题,因此,本文对于面板堆石坝进行三维有限元计算。所得结果与结论对于面板堆石坝抗震优化设计与分析具有一定的实际参考价值。     

河口村水库面板堆石坝地震响应分析

针对面板堆石坝在地震荷载作用下坝体应力和永久变形过大以及面板接缝容易损坏的问题,采用等效线性本构模型,利用加速度时程输入的方法,对河口村面板堆石坝进行三维非线性有限元分析,给出了地震过程中大坝的地震加速度、应力、永久变形的分布图以及面板的应力、挠度和接缝变形的大小。分析结果表明,在设计水位加地震荷载工况下,坝体的抗震性较好。     

混凝土面板堆石坝地基防渗墙塑性损伤数值分析

在坝体填筑和水库蓄水作用下,防渗墙工作和受力条件复杂,可能产生塑性应变和墙体开裂.本文结合实测资料和数值分析,研究面板堆石坝深覆盖层地基防渗墙的应力变形和损伤特性.在基于实测资料分析防渗墙应力变形特性的基础上,采用混凝土塑性损伤模型,建立防渗墙应力变形及损伤特性的三维数值计算模型.数值模型考虑坝体和地基渗流-应力耦合效...     

水布垭水电站面板堆石坝应力变形分析

水布垭水电站面板堆石坝是当前世界上最高的混凝土面板坝,在设计和施工等方面尚缺乏经验,为此在“九五”攻关中,对其中的关键技术问题进行了科学研究。在计算分析方面,采用不同的计算模型对200m级面板坝施工,蓄水全过程进行了仿真计算,研究其应力变形规律;研究探索了特殊边界,堆石体流变特性等问题,并提出了改善面板坝应力,变形的工程措施。在高面板坝三维有限元计算中引入了堆石体流变特性,初步探讨了堆石体流变对高混凝土面板坝应力变形的影响;提出了耦合薄层单元和三维非线性摩擦接触单元,对非线性K－G模型进行了改进,采用多种模型对水布垭工程面板坝进行了二维,三维仿真计算,从技术上论证了该方案的可行性。     

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。