胶凝砂砾石坝体应力及位移非线性有限元分析

为校核胶凝砂砾石坝的应力及变形状况,研究坝高、边坡变化对坝体应力及位移的影响。结合胶凝砂砾石坝本构模型,以非线性有限元方法研究不同坝高及边坡对坝体应力及位移的影响。结果表明:胶凝砂砾石坝的大、小主应力均随着坝高的增大而增大,最大大主应力出现在坝基面中部;坝体小主应力等值线在下游分布大体与坝体边坡平行,小主应力的高应力区分布在上游处,且坝踵处拉应力随边坡的变陡而增大。坝体的最大水平位移与最大垂直位移均随坝高的增大而增大;随着坝坡的变陡,坝体最大水平位移增大,垂直位移等值线向下游移动。     

胶凝砂砾石坝坝坡比分析研究

胶凝砂砾石坝属于新型筑坝技术,坝坡比是胶凝砂砾石坝断面设计的重要参数,直接影响工程的安全性和经济性,应通过坝体抗滑稳定性和应力分析来确定最优坝坡比和坝体断面。通过和面板堆石坝、碾压混凝土重力坝坝坡比的对比,结合胶凝砂砾石坝坝体受力特征分析,对胶凝砂砾石坝在基本荷载组合条件下的坝坡比进行了理论分析和研究。胶凝砂砾石坝设计初期,类似Ⅳ类硬质岩的坝基地质条件,且材料设计抗压强度6.0 MPa、坝高小于70 m时,胶凝砂砾石坝综合坝坡比可在1.2~1.3之间初选;上游坝坡比宜大于1∶0.3、小于1∶1.0;下游坝坡比宜大于1∶0.5、小于1∶1.0。在综合坡比一定时,将坝体设计为对称梯形断面对坝体抗滑稳定有利;将坝体设计为上游坝坡比小、下游坝坡比大的非对称梯形坝对降低坝体主应力水平有利。     

那恒水库CSG坝体及坝基弹模变化影响分析

胶凝砂砾石坝(简称CSG坝)是一种新坝型,其基本剖面是上下游坝坡大致对称的梯形,筑坝材料采用价格低廉的低强度胶凝砂砾石料,CSG坝具有施工简便、造价低廉、对环境负面影响小等特点。本文以那恒水库工程为例,采用有限元数值模拟方法,分别计算分析了坝体及坝基弹性模量变化对大坝应力及变形的影响。     

高聚物胶凝堆石料技术及其抗震性能

为提高坝体堆石料的整体性及强度、改善土石坝的抗震性能,在分析高土石坝地震危害和抗震措施的基础上,提出加固坝顶和坝坡浅层等局部位置的高聚物胶凝堆石料技术,通过静、动三轴试验分析高聚物对堆石料的改性作用。试验结果表明,掺加高聚物之后材料的黏聚力大幅增加,动弹性模量略有提高,残余变形明显减小,显现良好的抗震性能。某典型高土石坝的数值计算分析结果表明,采用高聚物胶凝堆石料技术进行加固后,坝坡地震过程中的最小抗滑安全系数增加约10%,大坝的抗震稳定性得到提高。     

胶凝砂砾石料渗流应力耦合作用细观模拟

胶凝砂砾石料以其优越的性能受到广泛关注，为了探究其在渗流应力耦合作用下的破坏特性，基于一种新的细观离散元模型——格构离散粒子模型(LDPM),建立了胶凝砂砾石料渗流应力耦合数值仿真模型。结合胶凝砂砾石料三轴压缩试验结果，标定了该模型参数。通过对比不同水压力作用下胶凝砂砾石料楔入劈拉试验的数值模拟结果，验证了基于格构离散粒子模型的渗流应力耦合模型在模拟胶凝砂砾石料上的适用性。模拟结果表明：随着水压的增大，胶凝砂砾石料楔入劈拉试验的峰值荷载与其对应的裂缝口张开位移值都会减小，试件破坏之前所承受的循环加载次数减少。通过细观破坏的机理分析可知：随着水压力增大，裂缝扩展过程区变短，水更容易注入裂纹尖端，材料的破坏模式更加趋于脆性破坏。研究结果可为渗流应力耦合作用下胶凝砂砾石料坝、围堰等水利工程中材料的破坏行为分析提供计算模型和参考。     

基于二元并联模型的胶凝砂砾石材料本构模型研究

胶凝砂砾石材料是一种贫胶筑坝材料,其应力应变特征不同于常规混凝土,在通过数值模拟对胶凝砂砾石材料的强度进行模拟分析时,无法选用混凝土的本构模型进行计算。通过对不同围压胶凝砂砾石材料应力-应变曲线特征进行分析可知,胶凝材料用量对其本构模型影响较大。对此将表征胶凝砂砾石初始形成状态的堆石体概化为“堆石元件”,将胶凝材料的胶结作用概化为“胶结元件”。基于二元并联概念模型引入经验系数,考察不同胶凝材料用量对材料应力-应变关系的影响,从而建立胶凝砂砾石材料本构模型,并通过大三轴试验数据对本构模型进行了验证。模型计算结果与实验数据拟合度良好,说明该模型可较好地描述不同胶凝材料用量下胶凝砂砾石材料应力-应变曲线非线性特征。     

Hardfill 材料非线性弹性本构模型研究

在砂砾料中掺入少量胶凝材料得到了一种新的低强度筑坝材料——Hardfill材料,其力学性能介于碾压混凝土和土石料之间,应力-应变关系具有明显的弹塑性性质和应变软化等特性.在已有研究的基础上,通过理论和数学分析,提出了能够反映Hardfill材料应变软化特性、参数物理意义较为明确的六参数非线性弹性本构模型,并给出了详细的参数确定过程.将该本构模型应用于坝高100m的Oyuk坝进行非线性有限元分析,结果表明:应用非线性本构模型计算所得坝体应力和变形分布规律与线弹性计算结果基本一致;因坝体应力水平较低,材料基本处于线弹性状态,非线性计算所得应力值与线弹性结果相差不大;而在坝趾等应力水平较高的部位,非线性计算所得应力集中值明显较小.     

混凝土重力坝在地震荷载下的稳定分析

采用混凝土损伤塑性本构模型,利用有限元分析软件ABAQUS进行混凝土坝的结构计算,分析某混凝土坝在地震荷载下的响应,分析结构的稳定性和任意荷载作用下结构的破坏情况.计算结构表明:采用混凝土损伤塑性本构模型,利用有限元分析软件ABAQUS进行混凝土坝的结构计算,可以更加直观反映混凝土坝的应力、应变和整个坝坡破坏发展过程....     

胶凝砂砾石料蠕变试验及大坝长期变形预测

为了建立合理的胶凝砂砾石料蠕变模型,进行了大坝长期变形预测,并研究了胶凝材料掺量对胶凝砂砾石料蠕变特性的影响。采用Burgers模型描述胶凝砂砾石料颗粒间的界面特性,通过细观力学均匀化方法得到胶凝砂砾石料蠕变本构模型。进行了4组不同胶凝材料掺量的胶凝砂砾石料单轴压缩蠕变试验,分析了不同胶凝材料掺量下胶凝砂砾石料的蠕变特点,进而依据试验数据拟合出所得模型相关参数。将蠕变本构模型植入ANSYS软件平台,进行了胶凝砂砾石料试件的蠕变模拟,结果表明提出的蠕变模型能较好地预测胶凝砂砾石料的蠕变变形。应用所提模型与参数对某胶凝砂砾石坝进行了长期变形计算分析。     

基于非线性损伤本构模型的胶凝砂砾石坝超载分析

为揭示胶凝砂砾石坝损伤机制,基于胶凝砂砾石力学特性和应变破坏准则建立其非线性损伤本构模型,编制了相应的程序,并采用室内试验验证了该模型的合理性。采用该模型对胶凝砂砾石坝进行超载数值模拟,研究其坝体应力、结构破坏过程,结果表明胶凝砂砾石坝在超载后坝踵、坝趾均存在破坏风险,其中坝踵开裂风险较大。基于损伤本构模型进行超载分析还可知,胶凝砂砾石坝破坏模式为坝体和坝基材料变形不协调,使得随着超载倍数增大,坝体、坝踵产生屈服损伤,并逐渐开裂,裂纹沿上游建基面向下游扩展,而线弹性模型模拟无法获得该规律,因此基于非线性损伤本构模型的胶凝砂砾石坝受力分析可预测结构的失效模式,为结构设计提供依据。