混凝土面板堆石坝跨尺度有限单元模拟技术的开发与应用

混凝土面板的薄板结构特性以及计算成本的控制需要，导致面板模拟精度相比面板复杂的工作条件、结构重要性而言过于粗糙，严重影响数值模拟计算的可靠性。【目的】为了实现面板的精细化模拟，【方法】通过在面板堆石坝的有限元计算中引入六面体任意节点单元，开发了一种混凝土面板堆石坝跨尺度有限元模拟技术，采用该技术对某面板堆石坝进行数值模拟，并与常规有限元模拟结果进行对比。【结果】结果显示，采用跨尺度精细化模拟技术，面板拉、压应力均有显著增大趋势，其中水平向压应力和顺坡向拉、压应力的增幅分别达到10%、40%和70%左右，两岸局部水平向拉应力甚至出现8倍以上增幅；沿面板厚度方向应力、变形也显示出压应力向表层发展、拉应力及结构缝张开度向底部发展的现象，尤其是顺坡向拉应力，表层、底层拉应力比值超过2.0;计算结果与面板堆石坝实际运行表现相互吻合。【结论】对比研究表明，跨尺度模拟技术不仅可以精细地反映单块面板的应力变化、接缝位移变化，而且可以反映面板变形与应力沿厚度方向的变化规律，为复杂面板堆石坝结构设计提供了更加可靠的依据。该技术计算效率、模拟精度高，具有很大的推广应用价值。