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。     

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。     

土石坝坝体复合土工膜防渗斜墙的受力分析

在土石坝坝体防渗中,土工膜有时作为一种防渗材料铺设在坝体的上游坡中,以保护坝体的安全运行.在试验基础之上,重点分析复合土工膜的主要力学特性,并结合一座建在深厚覆盖层上的复合土工膜防渗土石坝,对其进行非线性结构分析,着重研究复合土工膜与坝体结构面之间的剪切变形特性.试验结果表明,复合土工膜与坝体粗粒料垫层结构面的剪应力-剪应变关系为应变软化型.计算结果表明,在现有可能不利条件下,该坝坝体、坝基及复合土工膜的应力变形均在合理可控范围之内,大坝结构安全能够满足要求.     

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。     

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...     

深厚覆盖层上沥青混凝土心墙坝坝基廊道应力变形规律影响因素研究

深厚覆盖层上堆石坝坝基廊道作为心墙与防渗墙的重要连接结构,受力条件十分复杂,是工程成败的关键。采用有限元通用软件ADINA,运用子模型技术对坝基廊道的应力变形规律进行分析,分别探讨了覆盖层厚度、河谷宽度和两岸搁置段长度对坝基廊道应力变形规律的影响。对比分析表明覆盖层厚度的增加使廊道整体应力、变形均有所增大;河谷宽度的增加使廊道整体变形增大,中部横河向正应力分布更均匀;两岸搁置段长度的增加使岩台边缘处的弯曲变形更明显,整体应力值有所增大。根据分析结果并结合工程经验提出了相应的工程措施,供工程设计参考。     

Hardfll材料作垫层的面板堆石坝

作为面板与堆石体的过渡区，提高垫层和过渡层变形模量对减少面板和接缝变形显得尤其重要。Hardfill材料的性质介于混凝土和碾压堆石体之间，变形模量相对较高，是垫层料和过渡料的理想材料。将Hardfill材料做垫层的面板堆石坝与传统的面板堆石坝进行三维有限元的对比分析，结果表明用Hardfill材料做垫层的面板堆石坝可以有效地改善面板的应力位移状况,减少面板竖缝和周边缝的变形，其中面板顺坡向、坝轴向最大拉应力减少19.5%和7.9％，竖缝和周边缝沉降变形分别减少54.5%和48.9%，为面板堆石坝的发展提供了一个很好的参考。     

不同本构模型下高心墙堆石坝应力变形对比分析

采用邓肯E-υ线性和非线性模型、邓肯E-B线性和非线性模型、成都科大K-G模型、Mohr-Coulomb模型,结合某高心墙堆石坝,进行二维静力有限元应力变形分析.通过模拟坝体的施工和蓄水过程,研究双江口高心墙堆石坝在不同本构模型下坝体和心墙应力变形特性与差异,探讨不同本构模型在高堆石坝数值模拟中的适用性.     

特高拱坝封拱后温度回升对大坝性态影响研究

针对特高拱坝封拱后温度回升现象,对某拱坝温度监测资料进行分析,认为温度回升是边界热传导和混凝土后期水化热共同作用的结果,并由坝体内部温度计实测温度回升过程线拟合得到混凝土后期水化热过程线。用ABAQUS对该拱坝施工及蓄水过程进行有限元仿真,结果显示计算温度场与实测温度场吻合情况较好,温度回升引起坝体明显向上游变形,并导致坝体上下游表面出现大范围拉应力区,对大坝工作性态造成了不利影响。     

基于有限元的面板堆石坝降低面板拉应力的工程措施研究

混凝土面板堆石坝的面板是防渗的主要措施,但是由于蓄水,在水压力作用下,面板的拉应力经常超过抗拉强度,产生破坏,影响防渗效果.首先研究了面板堆石坝在国内的工程应用情况,分析了面板拉应力出险原因.在此基础上,建立了面板堆石坝的三维数值模型,设计了竣工期、蓄水期和不同面板形式等计算工况.根据计算结果分析了其应力应变情况,研究发现:拱形面板的抗压强度提高,拉应力减小,受力状态相对于直线型面板改善较大.     

深厚覆盖层上高心墙堆石坝坝顶开裂特征及原因研究

国内多座深厚覆盖层上兴建的高心墙土石坝坝顶均出现不同程度的开裂,对坝体的长期安全稳定构成威胁,受到业内广泛关注。通过地质雷达、高密度电法等物探技术确定某高心墙堆石坝顶裂缝时空分布情况,根据变形实测资料分析了其变形破坏特征,并结合工程建设情况、结构特征、运行情况等对开裂原因进行分析。结果表明坝顶裂缝产生的根本原因是土体承受的应力超过其抗拉强度或抗剪强度后而发生的破坏,直接原因为坝顶的不均匀沉降,其中水荷载、湿化变形、蓄水速度、坝顶材料特性是坝顶不均匀沉降的关键影响因素。     

垫层料碾压对挤压墙变位的影响

挤压墙技术是面板堆石坝施工中的新技术。针对垫层料碾压所引起的挤压墙变形进行了非线性仿真分析研究。研究结果表明，由垫层料侧压力所引起的挤压墙水平位移很小，由挤压墙形成的上游坡面坡度能满足设计要求和面板施工要求。     

九甸峡混凝土面板堆石坝地震反应

采用三维非线性动力有限元方法,对九甸峡水利枢纽混凝土面板堆石坝的地震反应特性进行深入研究,获得了该坝在设计地震曲线及峰值加速度时的动力反应特性,包括坝体和面板的加速度反应、位移反应、应力反应,以及周边缝和面板接缝的位移反应等,揭示了峡谷地形和深厚覆盖层地质条件下面板堆石坝地震反应的一般规律,分析了该坝的抗震稳定性,论证了设计方案的合理性,提出了抗震设计建议。     

设置软垫层坝后背管结构非线性分

坝下游面钢衬钢筋混凝土管道是近30年来应用最广的压力管道型式之一,其工作机理是允许外包混凝土开裂，但要限制裂缝宽度。以三峡水电站坝后背管为例，借助有限元软件ANSYS建立了设置软垫层坝后背管有限元模型，计算分析了设置软垫层坝后背管结构应力状态，并与结构模型试验对比。结果表明：坝后背管设置垫层能有效减小钢管向外围混凝土传递的内水压力，降低混凝土拉应力峰值，改善外围混凝土结构的应力状态，提高钢管的承载比。随着垫层弹模的降低、厚度的增大，这种效应更加明显。对设置软垫层的范围提出了优化建议。     

坝体土体和防渗墙模量变化对防渗墙应力变形的敏感性分析

结合某水库的除险加固工程,建立二维有限元模型对采用低弹模混凝土防渗墙的某土石坝进行了数值模拟.分析计算按加固过程中的施工进度模拟,同时利用adina中多孔介质材料属性,考虑了坝体中渗流作用对防渗墙应力变形的影响.接触面单元考虑到在防渗墙的实际施工中需要泥浆护壁,采用Goodman修正单元.为分析坝体土体和墙体材料的弹性模量对墙体应力和变形的影响,研究了正常水位下防渗墙的应力和变形随坝体土体和防渗墙弹性模量变化而变化的规律性.计算结果表明:当防渗墙的弹模小于5000 MPa时,墙体应力随防渗墙弹性模量的变化不敏感,当防渗墙的弹模大于5000 MPa时,墙体应力随防渗墙弹性模量的变化敏感;最大水平位移随着防渗墙模量的增大变化不大,对防渗墙模量的变化不敏感;防渗墙墙体应力和变形对坝体土体弹性模量的变化不敏感.     

梯级水库群洪水溃坝模拟

以某河流的7个梯级水库为研究对象,合理地拟定各梯级水库不同大坝类型(土石坝、拱坝、混凝土重力坝)的溃决形式、溃口发生过程及形态,针对各类型水库漫顶即溃坝和土石坝漫顶溃坝,拱坝、重力坝漫顶过流不产生溃坝两种极限状态,运用Dam Break溃坝模型原理,计算主汛期超标准洪水和后汛期超标准洪水时梯级水库的连锁响应以及溃坝洪水向下游库群的演进过程.分析流城内各水库清坝发生的因果关系,并得出各水库溃坝发生的相对时间及各特征断面的最高水位、流量等特征值.汛期超标准洪水时流城梯级水库的溃坝模拟分析结果,为降低大坝风险、制定应急预案和防灾减灾提供了科学的决策依据.     

循环应力历史对堆石料变形特性影响规律试验研究

为深入研究循环应力历史对堆石料变形特性的影响规律,采用大型多功能静动三轴试验机,对堆石料进行了一系列不同应力路径下的动力变形试验研究,重点探讨了循环应力历史对堆石料体应变和偏应变的影响规律.试验结果表明:堆石料经历初次循环荷载作用后,再次经受循环荷载作用时的抵抗变形能力有所提高;通过对比试验结果发现,应力路径对抵抗变形能力变化幅值的影响较小,试验时所施加的围压、固结应力比、动应力的大小等因素的影响也可忽略不计,主要与前后两次动应力大小的比值(即循环应力历史系数)有关.分析其原因,在初次循环荷载的作用下,堆石料颗粒之间发生相对滑移、旋转以及颗粒破碎等现象,导致颗粒之间的接触点增多及接触面增大,颗粒之间的咬合能力增强,形成较为稳定的骨架结构;再次施加循环荷载作用时,颗粒之间的稳定结构调整难度加大,所以导致堆石料的变形量减小,抵抗变形的能力有所提高.     

芭蕉河面板堆石坝三维有限元应力变形分析

采用三维有限元法对芭蕉河面板堆石坝完建期(竣工期)和蓄水期的应力变形进行模拟计算，分析了不同时期坝体及面板的应力变形情况。计算结果表明，大坝应力变形满足安全要求。