高面板堆石坝应力变形的三维子模型法研究

高面板堆石坝的变形是一个典型的复杂三维“非连续变形”问题。在分析该问题的特点与存在问题的基础上，对MSC．Marc非线性分析有限元程序进行了二次开发，发展并采用了三维子模型法，考虑了面板三个方向的非连续边界、复杂的材料分区与施工过程、堆石体在复杂应力路径下的变形特征，对目前世界最高的中国清江水布垭面板堆石坝的应力与变形进行了数值仿真。结果表明三维子模型法有效地解决了目前高面板堆石坝应力与变形数值分析精度偏低的问题。     

两种模型对面板堆石坝应力及变型分析对比

对面板堆石坝而言,其应力变形关系到坝体安全及大坝的运行状态。因此,能够有效地进行数值计算及分析,对面板堆石坝的设计施工具有重要的工程意义。结合实际工程问题,以某水电站混凝土面板堆石坝为背景,对实际情况进行模拟。分析了水电站面板堆石坝的应力变形规律,得到一些有益的结论。     

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.     

贴坡型面板堆石坝三维应力变形分析

某混凝土面板堆石坝建在一段倾斜的不平整基岩上,为了考察该特殊坝基对坝体应力变形是否有不利影响,必须对该坝进行三维有限元分析。采用网格自动生成程序生成了贴坡型面板堆石坝的三维有限元网格,对该面板堆石坝进行了非线性三维静力有限元分析。通过计算得到了坝体和面板的应力变形分布规律,验证了利用此特殊地形不仅能减少开挖量,而且对面板堆石坝应力变形无不利影响,为贴坡型面板堆石坝的设计和施工提供了依据。     

天生桥面板堆石坝实测变形的三维反馈分析

本文根据天生桥面板堆石坝施工期及初次高水位蓄水后的实测变形资料，采用清华非线性解耦K-G模型，进行大坝整体的三维有限元反馈分析。分析结果与实测结果基本相符。反馈分析结果给出了坝料实际的力学性质（模型参数）,揭示了分区分期填筑的高面板堆石坝的复杂变形性状；文中提出对高坝下游填筑料（即IIIC区料）的坚实性应有较高的要求。特别要注意对坝体的施工临时剖面进行优化设计，以控制堆石体的差异变形、防止面板下垫层料出现裂缝及脱空等问题。     

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。     

泗南江水电站混凝土面板坝三维有限元分析

泗南江水电站大坝为混凝土面板堆石坝。采用Duncan E-B非线性模型对坝体进行三维有限元应力应变分析,并考虑了混凝土面板与垫层料之间的接触面特性。通过分析,得出竣工期和蓄水期坝体的应力变形,以及蓄水期混凝土面板的应力、变形和面板周边缝及垂直缝的变形。依据计算结果分析评价了混凝土面板堆石坝的应力变形性状。评价结果表明,泗南江水电站混凝土面板坝的设计是合理的。     

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。     

基于ABAQUS的深覆盖层地基面板堆石坝 防渗墙应力与变形分析

结合某深厚覆盖层上的面板堆石坝工程实例,基于有限元分析软件ABAQUS,采用三维非线性有限元数值分析法,对其静力工作形态进行了深入的研究,并针对此工程总结了修建于深覆盖层上的高混凝土面板堆石坝应力变形的一般规律,论证了此大坝结构设计的合理性,为设计和施工提供了理论依据,同时,也为深覆盖层上面板堆石坝的动力特性分析提供一些前期准备.     

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。     

组合型混凝土面板堆石坝应力应变特性分析

组合型面板堆石坝是在下游底部设置混凝土坝与面板堆石坝形成的复合坝。以某150 m级面板坝工程为依托, 采用三维非线性有限元方法, 系统研究了组合型面板坝堆石坝体、混凝土坝以及防渗体系的应力应变特性。结果表明, 与常规面板堆石坝相比, 该组合坝型在堆石坝体变形方面虽没有显著改变, 但由于缩短了面板和垂直缝长度, 面板应力应变状况得到了有效改善, 且通过将混凝土坝坝顶宽度设置成大于趾板宽度, 可有效避免由高趾板引起的周边缝变位过大问题。目前200 m级高面板坝最突出问题是面板的结构性裂缝和挤压破坏, 而该组合坝型可以有效改善面板应力状态, 为超高面板坝的建设提供了新的思路。     

混凝土面板堆石坝关键技术与研究进展

简要回顾了中国混凝土面板堆石坝30多年的发展历程。从材料的级配特性、强度特性、变形特性、流变特性,以及接触面模拟、流变分析、精细化仿真计算等方面综合论述了混凝土面板堆石坝筑坝材料工程特性研究及大坝应力变形数值计算分析技术的研究进展。针对混凝土面板堆石坝的安全建设问题,从坝体渗流安全、大坝变形控制和混凝土面板挤压破坏的角度论述了混凝土面板堆石坝的筑坝关键技术。     

三板溪面板堆石坝流变特性及面板脱空效应

为深入分析高面板堆石坝的空间流变特性及面板脱空现象,提出了基于接触面单元变形分析的面板脱空计算方法,基于FLAC3D平台二次开发了面板堆石坝三维静力和流变特性同步分析的计算程序,并对脱空算法和程序进行了验证。针对三板溪面板堆石坝变形及脱空问题,采用二次开发的程序分析了坝体变形的时空分布规律和面板脱空特性,得到了坝体变形空间分布,明确了面板脱空位置分布及脱空值。研究成果表明:坝体流变效应在空间上呈现出显著的不均匀分布特点,坝体流变效应将加剧面板的脱空程度,并有可能引起出现新的脱空区域。     

特高混凝土面板堆石坝周边缝铜止水数值模拟分析

在混凝土面板堆石坝的各种接缝止水结构中,铜止水作为一道基本止水一直被沿用至今.本文针对某坝高210 m的特高混凝土面板堆石坝,采用数值模拟方法分析了周边缝铜止水在三向大变形和高水压下的应力应变状况.结果表明,相对于直线段铜止水,拐角段铜止水由于自身约束作用造成应力集中更易发生破坏.基于多种方案的数值分析与比较,为该特高...     

高面板堆石坝坝坡稳定的动力有限元分析

建立新的有限元分析方法,为准确合理地进行高面板堆石坝的坝坡稳定动力分析提供参考。基于应力水平的有限元计算结果,将大型有限元软件ADINA的应力变形计算功能与GEO-SLOPE软件的边坡稳定分析功能相结合,提出了高面板堆石坝坝坡稳定动力有限元分析方法,并利用该方法对紫坪铺水利枢纽工程面板堆石坝在"5·12"汶川大地震期间的大坝动力反应及坝坡稳定进行了三维有限元模拟分析,得出坝体位移的动力分析计算结果与该坝震后位移实际观测结果基本吻合,坝坡动力稳定的分析计算结果与震后实际调查分析结果基本一致。所提出的高面板堆石坝坝坡稳定动力有限元分析方法是合理的,所获得的分析计算结果准确可信。     

狭窄河谷中混凝土面板坝的应力变形规律及工程措施研究

为深入了解河谷地形因素对混凝土面板堆石坝应力变形特性的影响,采用一个典型的混凝土面板堆石坝三维有限元模型进行了不同岸坡坡度与河床宽度等影响因子的分析研究,并在总结已有相关研究成果的基础上,结合工程实例,探讨了改善峡谷地区混凝土面板堆石坝应力变形特性的工程措施。研究成果表明：河谷地形对大坝的作用主要表现在岸坡对坝体和面板的约束及顶托作用,这种作用随大坝长高比的增加而减弱。对于修建于狭窄河谷中的面板坝,其堆石体位移梯度和面板的压应力数值相对较大。工程上可采取提高堆石体压实密度,设置岸坡增模堆石区,以及合理确定面板浇筑时机和设置可吸收变形的面板纵缝填充材料等措施,以控制坝体变形并改善面板的应力状态。     

Seepage simulation of high concrete-faced rockfill dams based on generalized equivalent continuum model

This research focused on the three-dimensional (3D) seepage field simulation of a high concrete-faced rockfill dam (CFRD) under complex hydraulic conditions. A generalized equivalent continuum model of fractured rock mass was used for equivalent continuous seepage field analysis based on the improved node virtual flow method. Using a high CFRD as an example, the generalized equivalent continuum range was determined, and a finite element model was established based on the terrain and geological conditions, as well as structural face characteristics of the dam area. The equivalent seepage coefficients of different material zones or positions in the dam foundation were calculated with the Snow model or inverse analysis. Then, the 3D seepage field in the dam area was calculated under the normal water storage conditions, and the corresponding water head distribution, seepage flow, seepage gradient, and seepage characteristics in the dam area were analyzed. The results show that the generalized equivalent continuum model can effectively simulate overall seepage patterns of the CFRD under complex hydraulic conditions and provide a reference for seepage analysis of similar CFRDs.     

面板堆石坝有限元仿真计算及参数敏感性研究

回顾了面板堆石坝仿真计算中各类材料的本构模型.结合某抽水蓄能电站混凝土面板堆石坝,运用三维非线性有限单元法对其进行了坝体施工和库水蓄降的仿真模拟计算,预测了各时期坝体和防渗体系的变形和应力.并对计算模型的主要参数进行了敏感性分析,其中参数K,Rf和φ0对坝体位移有较大影响.     

复杂加载条件对高面板堆石坝力学行为的影响

针对高面板堆石坝因采用坝体分区填筑和面板分期浇筑互相交错的复杂施工方式使得高面板坝呈现出复杂的力学行为这一问题,借助某拟建高面板堆石坝,采用三维非线性有限元法对其进行复杂加载条件下的结构仿真分析。结果表明:复杂加载条件下坝体应力变形等力学行为均在合理范围之内,但坝体沉降极值较大坝全断面施工时有约12%的减小量;分二期浇筑的面板在竣工期下部一期面板凸向上游,容易引起脱空现象,需引起注意。     

白溪面板堆石坝沉降监测资料统计分析

根据面板堆石坝的变形特性和原理,采用分段拟合法,以2条不同的回归曲线分别拟合面板堆石坝施工期、运行期的沉降,建立相应的统计分析模型;根据白溪面板堆石坝垂直位移实测数据,以单纯形法和线性回归两步交叉进行统计回归分析,取得了较高精度的结果.综合分析认为,白溪面板堆石坝累计沉降量相对较小,垂直位移变形基本收敛趋于稳定.