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.     

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。     

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.     

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.     

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.     

小河面板堆石坝应力与变形分析

采用邓肯模型对小河面板堆石坝竣工期和蓄水期进行了三维有限元计算,接触面用弹粘塑性本构关系的节理单元进行模拟,分析了不同时期坝体及面板的应力变形情况.计算结果表明,坝体最大横断面的最大沉降值约为坝高的0.54%,面板周边缝位移的绝对值都小于8 mm,大坝应力变形满足安全要求.     

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．     

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.     

碾压混凝土高拱坝分缝形式研究

为解决碾压混凝土高拱坝设计的技术问题,结合沙牌工程,采用模型试验和三维非线性有限元计算方法,对碾压混凝土高拱坝不同分缝方案坝体结构的应力、变形及裂缝情况进行分析,从而确定分缝形式的合理性,为工程设计和施工提供参考依据。     

薄层接缝单元及其在拱坝接缝模拟中的应用

在拱坝等结构的非整体性分析中,横缝、诱导缝等接缝对大坝变形及应力状态影响较大,坝体接缝的模拟是计算分析的关键。为对坝体接缝力学行为进行较为合理的模拟,提出法向和切向本构关系均采用双曲线模型的薄层接缝单元,算例验证表明这种薄层接缝单元可以较好地模拟在循环荷载作用下接触面拉压交替的现象。对接触接缝单元的刚度系数、摩擦系数和单元厚度等因素进行了敏感性分析,并阐述了采用这种薄层接缝单元模拟拱坝横缝和诱导缝的方法。将薄层接缝单元用于模拟某实际碾压混凝土拱坝工程中的接缝,计算结果表明横缝和诱导缝对其附近区域坝体拉应力有较大的削弱作用,同时这种薄层接缝单元也可为其它类似接缝模拟计算提供参考。     

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.     

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.     

300m标准面板堆石坝预沉降速率特性

采用高围压下的幂函数流变模型对不同预沉降周期下的300m标准面板坝进行应力、变形分析,在考虑经济性和安全性的要求下,对比和分析不同预沉降速率下的堆石体后期变形、面板应力变形和周边缝变形,提出可操作的变形量化控制的新特性,对300m级高混凝土面板堆石坝变形量化控制指标的确定具有一定的参考意义.结果表明,流变变形对300m标准面板坝具有重要影响,在不考虑河谷形状和坝坡因素的影响下,堆石体预沉降速率为4mm/月,预沉降周期为6个月,可显著减小堆石体后期变形,且明显改善面板应力变形性态和周边缝的变形;对于300m标准面板坝,周边缝的剪切、沉陷和张开值偏大,需采取合理的工程措施减小周边缝变形,或改进止水结构,提高其安全标准.     

黄金坪坝基防渗墙地震反应规律

为研究地震作用对深厚覆盖层中坝基防渗墙的应力变形规律的影响并评价其抗震安全性,以黄金坪沥青混凝土心墙堆石坝为工程背景,在三维非线性静力分析的基础上,对坝基防渗墙进行了地震动力时程分析,动力计算中,坝体材料及覆盖层采用Hardin-Drnevich本构模型.计算结果表明,在地震过程中,防渗墙加速度和动位移反应均较小;横河向最大拉应力相比于静力工况增加了10.9%,防渗墙拉裂状况基本没有恶化;竖直向最大压应力为-33.62 MPa,增幅为0.9%;竖直向压应力最大值仅1.8%来自于地震波作用.综合看来,设计地震对防渗墙的应力变形状态影响不大.     

深厚覆盖层地基上混凝土面板堆石坝的三维非线性有限元分析

本文通过对某混凝土面板堆石坝的三维非线性有限元分析,得到面板、趾板及混凝土防渗墙采用通常的连接方式,其周边缝、趾墙缝的竖剪变位会很大的结论,提出了解决较大变位缝的止水构造,以及限制周边缝、趾墙缝变位的面板、趾板、防渗墙的连接方式。     

高拱坝-坝基系统的三维静力非线性数值分析

高拱坝收缩横缝和坝肩节理岩体的结构非线性特性对坝体应力、变形影响显著，是高拱坝分析中的一个重点和难点问题．针对高拱坝的这一特点，本文采用动接触单元模型，开发研制了修正的中心差分时步积分法，运用静力问题动力计算法，对在建的小湾拱坝系统进行了三维静力非线性数值仿真试验，研究了坝体、坝肩结构非线性特性对坝体的影响。通过本文的数值分析可以得出，高拱坝坝体—坝基系统的结构非线性特性对拱坝梁向应力影响显著，增加了坝体的倒悬效果；同时，数值分析进一步说明，在高水位运行期，小湾拱坝—坝基系统整体稳定。     

黄金坪坝基廊道的抗震安全性

黄金坪沥青混凝土心墙堆石坝坝高85.5m,覆盖层最大深度达133.92m,采用在坝基防渗墙顶设置灌浆廊道与心墙连接的形式.在三维非线性静力分析的基础上,运用子模型技术,对深厚覆盖层地基上坝基廊道的动力反应规律及抗震安全性进行分析,动力计算中,坝体材料及覆盖层采用Hardin-Drnevich本构模型,以有厚度节理单元模拟各类接触面.计算结果表明,由于在河床坝段沿坝轴线不设横缝,故横河向正应力较大,地震作用下廊道的应力变形状态相对静力工况变化较小;廊道与两岸平洞接缝在地震过程中有张开的趋势;廊道与心墙接触层始终处于压紧状态;廊道与防渗墙的接头在两岸墙顶存在应力较大的区域.根据分析结果并结合工程经验提出了相应的工程措施,供工程设计参考.     

宝泉抽水蓄能电站浆砌石重力坝防渗面板分缝研究

建立了宝泉抽水蓄能电站浆砌石重力坝坝体上游混凝土防渗面板分缝三维有限元计算模型．计算仅在温度荷载作用下,防渗面板不同分缝情况下的应力情况,得出防渗混凝土面板不同分缝宽度的合理性,为设计提供依据。     

等壳碾压混凝土重力坝渗流场三维有限元分析

解决渗流问题是碾压混凝土重力坝技术发展的关键.利用三维有限单元法和改进的排水孔幕技术,对等壳碾压混凝土重力坝的渗流场进行了有限元分析.分析结果表明：采用二级配的碾压混凝土面层与三级配的坝体组合,同时配合结构合理的坝体排水孔布置,坝体防渗能满足设计要求.