两种本构模型的土石坝应力变形分析比较

分别利用邓肯-张模型与椭圆—抛物双屈服面模型对深厚覆盖层上的狮子坪心墙堆石坝进行了应力变形三维有限元计算,分析了两种本构模型应力变形计算结果的差异。结果表明,两种模型计算的坝体变形和应力分布规律基本一致,但也存在一些差异。双屈服面模型计算的坝体最大沉降比邓肯-张模型结果小2.2%。双屈服面模型计算的最大顺河向水平位移与最大竖向沉降之比为0.22,与已有多个工程监测资料比较接近,而邓肯-张模型结果则偏大,为0.37。采用心墙拱效应系数R来对心墙拱效应进行评价,结果显示邓肯-张模型计算的心墙拱效应更强烈。邓肯-张模型计算的上游坝壳小主应力降低更显著,但均未出现拉应力。     

浪河水库心墙堆石坝应力变形分析及安全评价

采用非线性有限元法,应用邓肯E-B模型对浪河水库黏土心墙堆石坝进行了应力变形分析.计算模拟了大坝未蓄水时、蓄水后及水位突降过程,得出各个时期的坝体最大断面上各部分的位移和应力分布.计算结果表明,在上游坝坡处堆石部分有滑坡的可能性,采用刚体极限平衡法给予校核,计算结果与实测规律一致.对于坝体渗流稳定也做了相应的计算分析,并对坝体安全稳定作出了相应的评价.通过分析得知坝体裂缝主要是坝体产生不均匀变形所致,分析结果为坝体加固措施的设计及实施提供了必要的参考.     

浪河水库心墙堆石坝应力变形分析

采用非线性有限元法,应用邓肯E-B模型对浪河水库粘土心墙堆石坝进行了应力变形分析。计算模拟了大坝未蓄水时、蓄水后及水位突降过程,得出各个时期的坝体最大断面上各部分的位移和应力分布。计算结果表明,在上游坝坡处堆石部分有滑坡的可能性,并采用刚体极限平衡法给与校核,计算结果与实测规律一致。对于坝体渗流稳定也做了相应的计算分析,并对坝体安全稳定作出了相应的评价。通过分析得知坝体裂缝主要是坝体产生不均匀变形所致。分析结果为坝体加固措施的设计及实施提供了必要的参考。     

基于邓肯-张模型的堆石坝有限元分析

随着堆石坝坝高的增加,坝体应力变形分析已成为坝体设计中不可缺少的一部分,有限单元法是进行应力变形分析的一种有效方法。基于ANSYS研究平台,对ANSYS进行二次开发,利用参数化设计语言APDL编写程序,建立邓肯-张本构模型,模拟堆石坝施工程序,分层填筑坝体,逐步施加荷载。利用邓肯-张模型分析堆石坝坝体应力应变随时间的变化过程。计算过程中,为使大坝的填筑和蓄水过程更接近工程实际情况,程序把每一荷载步计算完成后的终了应力输出,作为下一荷载步的初始应力。由于初始应力的引入会造成附加位移,采用约束荷载平衡法消除这一位移对坝体变形的影响。利用二次开发程序对均质和非均质堆石坝分别进行研究,结果符合堆石坝坝体应力应变分布规律,程序具备相应的可靠性。该程序基于参数化设计,使用方便,可普遍应用于堆石坝工程的应力应变分析。     

土坝扩建加高新老坝体结合面应力应变分析

采用二维非线性有限元分析方法,筑坝材料本构模型选用邓肯E-ν模型,对清林径水库扩建工程加高后主坝进行了应力应变分析,比较全面的了解了土石坝坝体变形和应力分布规律.计算结果表明,新老坝体结合面剪切作用较强,计算应力水平较高,可能发生剪切破坏,产生剪切裂缝.     

基于变形倾度的高心墙堆石坝坝顶开裂影响因素分析

高心墙堆石坝因赋存环境复杂,载荷大、应力水平高,坝体安全受到广泛关注。实际工程中坝顶开裂现象时有发生,影响大坝的防渗和稳定,分析和研究影响坝顶开裂的相关因素对大坝设计和运行具有重要意义。基于此,通过对比典型大坝开裂前后坝顶变形倾度的变化规律,将变形倾度作为衡量指标进行了高心墙堆石坝坝顶开裂的影响因素分析。基于多座已建高心墙堆石坝相关信息,构建了考虑坝体尺寸、覆盖层厚度、蓄水高度及速率和运行时间的研究方案。结果表明,坝顶变形倾度随坝体高度增加而显著增大,二者呈非线性增长关系。建于深厚覆盖层上的高心墙堆石坝坝顶开裂风险更大,但覆盖层厚度达到100 m以上时,坝顶变形倾度趋于收敛。坝顶变形倾度对高蓄水位更加敏感,且随着蓄水速率的加快,坝顶变形倾度变大。     

扎毛水库混凝土面板坝结构非线性有限元分析

基于邓肯E-B模型对扎毛水库混凝土面板堆石坝进行了结构非线性有限元分析,给出了坝体和面板在竣工期、蓄水期的应力变形及分布规律。计算结果表明:坝体的总体变形较小,最大沉降量为44.67cm,约为坝高的0.6%;面板最大拉应力和压应力分别为1.53MPa和2.32MPa,均未超过混凝土的极限抗拉-抗压值;面板的最大挠度为12.4cm,周边缝的变形也不大,均在已建工程实测值范围内。     

特高心墙堆石坝基础混凝土垫层受力特性研究

目前我国已规划设计的200 m级以上特高心墙堆石坝,除深厚覆盖层上240 m高的长河坝外,其余工程均清除心墙基础部位全部覆盖层和软弱岩层,并浇筑混凝土垫层找平。混凝土垫层作为防渗心墙与基岩的连接部位,其受力情况复杂且影响因素较多。通过有限元数值计算,研究某315 m特高心墙堆石坝基础混凝土垫层的应力变形状态。计算结果表明:对于“V”形深切峡谷的特高心墙堆石坝,上覆坝体压力大部分传至岸坡,混凝土垫层在左、右岸中下部变形较大,将导致河床中部混凝土垫层横河向拉应力增大;上覆坝体压力以及防渗心墙拱效应等原因将导致混凝土垫层在心墙与反滤交界位置顺河向拉应力增大;合理设置垫层结构纵缝、适当增加垫层厚度等措施可有效降低混凝土垫层拉应力。     

混凝土面板分缝对堆石坝动力特性的影响研究

在高烈度区,高面板堆石坝的动力特性直接影响结构的安全。面板分缝可以有效适应坝体变形,但合适的模拟方式对计算结果有较大影响。基于ANSYS的二次开发,实现混凝土面板堆石坝的Ducan-chang静力本构模型和适用于动力计算的等效线性黏弹性模型。分别采用软弱材料和接触单元模拟面板的分缝,进而探究分缝对某面板堆石坝的动力特性的影响。研究表明,面板分缝后结构的拉应力略有降低,而采用软弱材料模拟分缝与采用接触单元模拟分缝对面板的应力计算结果影响较小,结构的最大拉应力大多发生在面板或趾板靠近基岩部位。     

堆石料邓肯张模型的参数敏感性与统计分析

近些年,面板堆石坝在我国水电建设中是重点选择的坝型.有关研究方兴未艾.堆石料的本构模型是面板堆石坝计算分析的重要基础.各种本构模型中,参数均需试验所得,增加了工作难度.由于邓肯模型的广泛应用,目前已积累了相当多的试验资料,在此基础上对邓肯张E-B模型的参数进行敏感性与统计分析,得出了邓肯张模型各参数与空隙率、密度的关系式,从而不需试验即可充分了解模型参数的变化趋势与数值范围.     

复杂地基下高心墙堆石坝变形特性影响研究

随着我国高心墙堆石坝在复杂地质条件下的不断建设和投运,大坝变形对坝高及覆盖层等边界因素的响应特性成为工程关注的热点问题。为此,根据已建多座高心墙堆石坝坝型特征、坝体、地基材料力学参数及覆盖层情况,按照不同坝高与覆盖层厚度拟定了20种计算数值仿真方案,探求了在复杂地基下高心墙堆石坝坝体变形特性及量值与边界条件之间的响应关系。结果表明,坝高及覆盖层与大坝变形大体呈正相关响应,对大坝沉降变形的影响大于水平向,但响应关系会随着坝高和覆盖层之间的比例变化有所不同。在一定坝高时当覆盖层超过一定厚度后增量影响效果明显衰减,当覆盖层较深时坝高增加到一定量值后增量效应也会降低。     

混凝土心墙土坝的应力变形分析及结构优化

以北槎垅水库土石坝除险加固工程为实例,综合考虑了大坝渗流场和应力场的耦合效应以及混凝土防渗心墙与土体之间的接触效应,建立了土石坝防渗心墙弹塑性有限元模型,分别对防渗心墙不同厚度、不同位置以及不同材料参数下的有限元模型进行了应力变形分析,分析了防渗心墙厚度、坝体中的位置以及材料参数变化对坝体及防渗墙应力变形的影响,最后对防渗心墙几何及材料参数的合理取值进行了分析。     

岩质边坡开挖卸荷非线性弹性本构摸型研究

基于三峡永久船闸高边坡岩体开挖卸荷物理模拟试验结果,假定岩体卸荷应力～应变曲线为双曲线型非线性弹性曲线,据此提出了岩质边坡开挖卸荷双曲线型非线性弹性本构模型,克服了常规弹塑性本构模型假定岩体卸荷阶段应力应变关系为线弹性的缺陷.该模型变形模量采用应力应变曲线的切线模量,其随着岩体应力水平的降低而降低,体现了岩体在卸荷作用下的变形模量的衰减特征.该模型对三峡永久船闸高边坡岩体开挖卸荷物理模拟试验应力应变曲线的拟合程度非常高,表明该模型在理论上可行,同时工程实例的分析也表明该模型在应用上可行.     

分区填筑标准对高心墙堆石坝坝体变形协调及安全性影响研究

基于分区填筑相对密度指标，研究了某300 m级高心墙堆石坝坝体变形协调及安全性。对大坝进行三维弹塑性固结有限元分析，从坝体变形协调、心墙应力拱效应、水力劈裂和坝顶裂缝等方面评价了大坝安全。结果表明，盲目提高各分区填筑标准并不能使坝体各分区变形协调，而适当降低过渡区填筑相对密度、提高堆石区填筑相对密度，可使坝体变形从心墙到堆石区平稳过渡，同时减弱过渡区对心墙的拱托作用，有利于抗水力劈裂安全。采用Leonards法和有限元应变法判断了坝顶裂缝的开展，认为堆石区填筑相对密度过低是坝顶产生横向裂缝的必要条件。根据计算结果，提出了最有利于大坝安全的理论最优填筑方案，并建议了经济最优方案。     

邓肯-张非线性模型研究及其在ANSYS中的实现

对工程领域使用广泛的邓肯-张非线性本构模型进行了研究,总结了国内外的研究现状及理论成果,针对其无法判定因结压力降低时的加载情况,提出了相应的变形模量的计算方法,同时考虑中主应力、土体抗拉强度的影响对模型进行了修正。利用APDL编写程序实现了ANSYS的材料本构模型的二次开发,运用重启动方法实现单元应力修正后数据重写入数据库,通过试验模拟对比分析验证了模型的适用性。     

混凝土面板堆石坝反分析的神经网

建立了坝体沉降变形分解的统一模型,采用最小二乘法进行多元线性回归分析,将面板堆石坝坝体沉降变形的实测值分解为荷载作用变形与蠕变作用变形。运用MATLAB语言提供的神经网络功能函数,建立面板堆石坝反分析的BP神经网络模型,对邓肯E-B模型的材料参数进行反演计算。实例计算结果表明,方法简单、有效、可靠,计算结果满足工程精度要求,可应用于实际工程。     

混凝土面板堆石坝反分析的神经网络方法

建立了坝体沉降变形分解的统一模型,采用最小二乘法进行多元线性回归分析,将面板堆石坝坝体沉降变形的实测值分解为荷载作用变形与蠕变作用变形。运用MATLAB语言提供的神经网络功能函数,建立面板堆石坝反分析的BP神经网络模型,对邓肯E-B模型的材料参数进行反演计算。实例计算结果表明,该方法简单、有效、可靠,计算结果满足工程精度要求,可应用于实际工程。     

高心墙堆石坝心墙沉降变形测值延补方法研究

高心墙堆石坝变形资料的完整性对认识心墙沉降变形规律具有重要意义。针对现有的高心墙堆石坝延补方法较少能考虑到序列的测值特性及延补期长短、方法实际适用性不强等问题,采用常用的堆石坝变形测值延补方法,考虑环境量、序列自身特性、空间变化规律、空间测值相关性等,构建了适宜高心墙堆石坝心墙沉降变形测值插值延补的智适应模型,避免了同时采用多种方法进行大量数据延补计算的无效劳动。将该模型应用于长河坝心墙沉降变形测值延补,并将延补成果与类似工程对比,验证了模型的合理性与有效性,对实际堆石坝工程具有一定的参考价值。     

堆石料邓肯张模型的参数敏感性与

近些年，面板堆石坝在我国水电建设中是重点选择的坝型，有关研究方兴未艾。堆石料的本构模型是面板堆石坝计算分析的重要基础。各种本构模型中，参数均需试验所得，增加了工作难度。由于邓肯模型的广泛应用，目前已积累了相当多的试验资料，本文在此基础上对邓肯张E-B模型的参数进行敏感性与统计分析，得出了邓肯张模型各参数与空隙率、密度的关系式，从而不需试验即可充分了解模型参数的变化趋势与数值范围。     

高面板堆石坝分期分区填筑高差对坝体变形影响研究

高面板堆石坝需采用分期分区的填筑方法，填筑高差的选取会对坝体变形产生一定影响。运用FLAC^3D对阿尔塔什面板堆石坝进行三维数值模拟，分析其在反抬高下游填筑形式下上下游填筑体高差为5、10、15、20、25、30 m时坝体的应力变形情况。结果表明：填筑高差越大坝体应力变形越大，也对面板的受力状态更为不利；填筑高差达到30 m时，坝体最大竖直沉降达84.8 cm，下游侧水平位移12.9 cm，最大主应力2.23 MPa，且下游特征点变形倾度达1.02%，超过临界变形倾度，可能发生剪切破坏。综合考虑，高面板堆石坝在设计填筑方案时，应十分注重上下游填筑高差的选择，建议高差小于30 m。