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.     

苗家坝混凝土面板堆石坝三维应力变形分析

基于邓肯—张E-B模型,考虑坝体填筑施工和蓄水过程,并基于大型有限元软件ADINA平台,将三维子模型法应用于苗家坝面板堆石坝应力变形计算,并与监测资料和类似工程的计算结果作了对比分析。结果表明:子模型法能够大大减少网格数量,提高计算效率,面板及接缝的计算精度也有了提高;坝体最大沉降值约占坝高的1.1%,且沉降在竣工期已经基本完成;水库蓄水后,面板拉应力主要集中在面板与周边山体连接处,且最大拉应力均未超过2 MPa,建议通过增加面板的配筋,铺设粉煤灰或者细沙作为保护层来改善面板应力特性。周边缝变形最大值均未超过20 mm,止水结构不会因周边缝的变形过大而破坏。     

吉林台一级水电站混凝土面板堆石坝变形监测数据分析

吉林台一级水电站混凝土面板堆石坝的坝体和面板在施工期及蓄水期的变形监测数据显示:坝体最大沉降量为77.1 cm,最大沉降率为0.948%。经分析得知,沉降主要大受坝填筑材料和水库蓄水的影响,且混凝土面板的垂直接缝、周边缝、钢筋应力、挠曲变形随水位抬升呈规律性变化,并与坝体内部变形监测数据相吻合。该监测数据为分析整体大坝变形形态提供了依据。     

纳子峡面板沙砾石坝应力变形三维有限元分析

采用三维非线性有限元法建立纳子峡水电站面板砂砾石坝的三维有限元分析模型,对大坝填筑施工过程和水库蓄水过程进行仿真研究,计算分析施工期和蓄水期大坝、面板及周边缝的变形特性.计算结果表明:施工期和蓄水期坝体的最大沉降分别为0.74 m和0.76 m,占最大坝高的0.61%和0.63%;第一主应力最大值分别为2 321 kPa和2 478 kPa,第三主应力最大值分别为588 kPa和626 kPa,应力水平在0.3-0.85之间;周边缝和面板缝法向拉伸变形最大值分别为29 nun和34 mm,垂直剪切变形最大值分别为25 mm和0,顺缝剪切变形分别为27 nun和29mm.从静力分析结果看,纳子峡面板坝的设计方案是合理的.     

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。     

天池面板堆石坝三维变形应力计算分析

采用Duncan-Chang E-B模型模拟堆石体,接触面单元模拟面板与垫层之间的接触,面板竖缝和周边缝用分离缝模拟,对天池面板堆石坝进行了三维有限元变形应力分析,得到了堆石体、面板的位移应力及分布规律,分析了面板竖缝和周边缝的变形。计算结果表明:坝体的位移、应力均在合理范围内,面板缝和周边缝变形满足静力要求。     

阿不都拉面板坝板间缝及周边缝变形特性研究

以在建的阿不都拉面板堆石坝工程为例,采用薄层接触单元来模拟其板间缝、周边缝、面板与垫层接触面建立三维仿真模型,研究蓄水期该坝板间缝和周边缝的变形发展规律,研究结果表明:阿不都拉面板坝满蓄期板间缝剪切错动变形最大值为0.73 mm,位于两岸基岩变坡点附近,张拉变形最大值为2.49 mm,位于河谷两岸附近,压缩变形最大值为-4.09 mm,沉陷错动变形最大值为4.76 mm,均位于河床中央附近;周边缝剪切错动变形最大值为4.00 mm,靠近基岩变坡点,张拉变形最大值为12.00 mm,沉陷错动变形最大值为-32.00 mm,均位于右岸52号周边缝上端;其缝张压、剪切变形值与相近坝高面板坝相比均处在同一毫米数量级,沉陷变形数值小于同类坝型工程。研究成果以期指导类似坝体板间缝和周边缝的设计。     

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.     

堆石坝面板应力应变和周边缝变形特性研究

面板和周边缝是面板堆石坝的重要防渗结构,对大坝安全和正常运行起着关键性作用。通过蓄水期、运行期面板应力应变和周边缝变形观测资料分析,可以对混凝土面板和周边缝工作性态进行评价,对坝体稳定和防渗性能进行评估。分析结果表明,水压力作用下堆石坝面板主要承受压应力,坝肩部位局部受拉,周边缝变形以沉降为主,与水位变化关系较明显。     

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。     

福建金造桥混凝土面板堆石坝应力变形计算分析

本文采用非线性有限元分析方法,对福建金造桥水电站面板堆石坝的应力变形特性进行了分析研究。文中给出了坝体及面板在施工期和蓄水期的应力、位移分布。计算结果表明:坝体总体变形较小,岸坡约束作用不明显,面板大部分区域在蓄水期沿坝轴线方向和坝坡方向呈双向受压状态,岸坡部分的面板沿坝轴线方向受拉,面板顶部和底部沿坝坡方向受拉。本文提供的计算分析结果除可以为金造桥工程设计、施工提供依据外,对其它类似工程也具有一定的参考价值。     

沂蒙抽水蓄能电站折线型混凝土面板坝数值模拟分析与应用

结合山东沂蒙项目折线型混凝土面板坝工程两套设计方案,开展三维静力有限元应力变形分析,模拟大坝施工期、蓄水期性状,探讨不同阶段设计方案下坝体与防渗体应力变形特征,分析面板与连接板布置形式对折线型面板坝应力变形的影响。数值分析表明,折线型面板的转角部位应力变形复杂,面板与周边缝受拉趋势与程度增加;调整转折段面板形态、合理设置连接板可有效改善面板折线处的变形与受力状态,减少应力突变现象。建议加强面板、连接板和止水结构抗拉性能的研究。     

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。     

我国特高面板堆石坝的建设与技术展望

国内2000年后已建和在建的200m级高面板堆石坝，从堆石料原岩选择、孔隙率控制、坝体断面分区、面板和趾板防裂控制等设计技术方面及碾压设备选型、坝体预沉降控制、施工填筑分期等施工技术方面，采取了一系列行之有效的措施，取得了坝体变形小、面板裂缝少等成效。借此，对300m级特高面板堆石坝技术作了设想，提出了尚需研究的课题。     

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．     

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。     

面板堆石坝面板开裂机理与防止措施研究

针对面板堆石坝面板在施工过程及蓄水时的实际受力变形特点,对面板的开裂机理进行了深入探讨。通过分析发现,混凝土干缩和温度应力是造成面板早期细小裂缝产生的主要因素,而坝体变形所造成的对面板的剪切挤压力、面板的自重以及施工期反向水压力则是造成面板后期呈规律性开裂的主要因素。为改善面板的受力条件,提高面板的防渗能力,同时方便施工,从材料、结构和施工三个方面提出了防止措施的建议。     

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。