流变对面板砂砾石坝应力变形的影响研究

为研究砂砾石料流变对面板砂砾石坝应力变形的影响规律,在对砂砾石料的流变机理及其分析方法进行分析与选择的基础上,以某高面板砂砾石坝为例,运用三维有限元法,按不考虑砂砾石料流变效应和考虑砂砾石流变效应两种计算方案,分别进行其应力变形的三维有限元计算,然后通过对计算方案所获计算结果的对比分析,系统总结砂砾石料流变对面板砂砾石坝应力变形的影响规律。结果表明:砂砾石料流变使得坝体的应力变形呈现逐渐增大的趋势;流变对于坝体向上游水平位移的影响最大,对坝体向下游水平位移和坝体竖向位移的影响次之,对面板挠度和面板顺坡向应力的影响则相对较小。因此,在实际面板砂砾石坝工程设计中,考虑砂砾石料的流变效应是十分必要的。     

软岩料填筑面板堆石坝的流变和湿化效应研究

为了研究不同时期下软岩料流变及湿化效应对面板堆石坝的应力及变形影响。对比软岩料的流变和湿化模型,分析已有的软岩料流变、湿化效应的有限元实现方法。以某面板堆石坝为例,按大坝的不同时期和是否考虑流变、湿化效应制定了4种计算工况,分别进行大坝的三维有限元应力变形计算,通过对比分析4种工况的计算结果,系统总结了软岩料的流变、湿化效应对软岩料填筑面板坝在竣工期和蓄水期应力变形的影响规律。结果表明:无论是竣工期还是蓄水期,在考虑流变和湿化后,大坝横断面最大垂直位移、水平位移、大主应力均有显著的增加,但相对而言在蓄水期增加的更多。可见软岩料的流变和湿化效应对软岩料填筑面板坝应力变形有较大的影响,且在蓄水期影响更加明显。     

不同主次堆石料模量比的面板堆石坝特性研究

面板堆石坝的主次堆石料分区使面板堆石坝坝体应力路径变得复杂,对坝体变形影响很大,因此主次堆石料的合理布置对坝体位移及稳定性有着重要影响。以国内某面板堆石坝工程竣工期和蓄水期的变形特性研究为例,运用E-B模型与ADINA软件自带的Law3模型进行数值仿真计算,考虑主次堆石料模量比从0.75∶1逐渐变化到1.5∶1四个方案,对比分析了不同主次堆石料模量比下坝体水平位移和竖向位移的分布特征,并通过考虑堆石料的流变特性,分析流变对坝体堆石料水平位移和竖向位移的影响。研究基于不同主次堆石料模量比的面板堆石坝流变特性,提出当主次堆石料模量比为1.5∶1时坝体与面板有较好的变形协调性。     

流变对狭窄河谷高面板堆石坝应力变形的影响

本文以贵州省黔中平寨水库高混凝土面板堆石坝为研究对象,采用三维有限元数值分析法研究流变效应对面板堆石坝应力变形的影响。结果表明,狭窄河谷高面板堆石坝考虑流变特性后,坝体变形程度明显增大,变形持续时间较长,考虑流变特性后坝体沉降、面板挠度、面板轴向和顺坡向应力均有明显增加。因此,在进行狭窄河谷高面板堆石坝应力变形计算时,不可忽略流变效应的影响。同时在工程设计和建设中还应加强一系列工程措施,来适应和消减流变效应对高面板堆石坝应力变形的影响。     

考虑湿化作用的土石坝应力变形计算

针对坝体分期施工、蓄水过程,采用邓肯张E-B材料本构模型,在MIDAS GTS NX软件中实现了双线法考虑湿化作用的计算,对某砾石土心墙堆石坝进行有限元分析。对是否考虑湿化的作用对砾石土心墙堆石坝坝体和心墙的水平位移、竖直沉降、大小主应力进行比较。结果表明:是否考虑湿化作用对计算结果影响较大。双线法适用于土石坝的湿化计算,在土石坝应力变形计算中应该计入土石料的湿化效应。     

中厚覆盖层上中低面板堆石坝变形特性有限元分析

针对应用更为广泛的中厚覆盖层上中低面板堆石坝变形特性进行了有限元分析,研究了面板堆石坝竣工期及蓄水期的堆石体及面板的变形特性,计算结果表明:相比于竣工期,蓄水期坝体最大竖向位移,向下游的水平位移,大坝大、小主应力及应力水平均有所增加,其中以大坝水平位移增加最为明显,约增加1倍左右,竖向位移增加幅度约为8%,大、小主应力增加10%~20%,应力水平增加约50%。     

狭窄河谷高面板堆石坝应力变形特性研究

河谷地形是影响混凝土面板堆石坝应力变形的重要因素之一。为研究狭窄河谷上200 m级高面板堆石坝应力变形特性,本文结合223.5 m高的猴子岩面板堆石坝,采用邓肯-张E-B模型三维非线性有限元,对该面板堆石坝竣工期和蓄水期进行应力变形分析。结果表明:竣工期和蓄水期坝体最大沉降所占坝高之比较修建在宽河谷上的高面板堆石坝小;坝体大主应力明显小于堆石体自重应力,存在明显的应力拱效应;蓄水期面板以向河谷中部挠曲变形为主,变形具有明显的空间效应;面板在左、右两岸和底部有一定的拉应力,在河谷中部存在较大范围的高压应力区。狭窄河谷上修建的高面板堆石坝除了关注面板拉应力外,应重视蓄水和后期运行过程中河谷中部高压应力区面板可能发生的局部挤压破坏。研究结果可为类似狭窄河谷上高面板堆石坝的设计提供参考。     

前坪水库砂砾石黏土心墙坝三维流固耦合分析

针对前坪水库工程砂砾石黏土心墙坝的特点,结合地质、设计和相关试验资料,采用南水双屈服面本构模型,开展三维流固耦合计算分析,计算考虑施工、蓄水时间效应以及运行期长期变形时间效应等,模拟前坪水库工程坝体的填筑过程、施工后至蓄水前、蓄水过程以及运行期的坝体应力变形分布规律和工作性态。研究发现:考虑流固耦合作用时,砂砾石黏土心墙坝最大应力、应变都较耦合前大;坝体在施工期最大沉降率为1.25%,运行期累计最大沉降率为1.36%;施工期最大水平位移为17.7 cm,运行期累计最大水平位移为35.2 cm。     

基于流变特性的面板砂砾石坝的有限元分析

面板坝具有完整型好,适应性强,抗震能力突出等特点,目前在国内外大坝建设中占有很大比例。随着越来越多的工程中应用砂砾石和软岩等材料,适宜的应力变形问题对大坝的安全施工、运行具有及其重要的意义。文章研究面板砂砾石坝在渗透变形的条件下,对大坝进行三维有限元分析,得出坝体在竣工期和蓄水期的不同工况下的位移和应力变化。通过计算结果为高面板砂砾石坝的流变效应和抗震设计提供必要的理论依据和工程参考数值,所获取的计算成果对类似工程的设计具有一定的参考应用价值。     

云荞水库面板堆石坝三维非线性应力与变形分析

采用非线性有限元分析方法，对云南云荞水库面板堆石坝坝体及面板在施工期和蓄水期的应力变形特性进行了较为深入的研究。根据三维计算分析的结果，可以得出如下结论：在各计算方案情况下，坝体在蓄水期的累积垂直位移为0．3m左右，大、小主应力的最大值分别为1．17MPa和0．39MPa，面板的最大挠度为6．9cm，周边缝的位移一般2均在毫米量级。从应力变形分析的角度看，这样的数值均在合理范围内，坝体断面设计的方案基本上是可行的。     

湿化及流变对不同软岩料利用范围面板坝应力变形的影响

为研究不同软岩料分区范围下湿化及流变特性对面板堆石坝的应力及变形影响。查找、对比软岩料的湿化及流变模型,分析和研究已有的软岩料湿化及流变特性的有限元实现方法。以某面板堆石坝为例,按软岩料的不同填筑范围制定两种计算方案,分别进行大坝的三维有限元应力变形计算,然后通过对比分析两种计算方案的计算结果,系统总结软岩料不同填筑范围对面板堆石坝应力变形的影响规律。结果表明:随着软岩料利用范围的扩大,坝体的流变范围也随之扩大,相应的垂直位移、水平位移位移及面板的挠度也随之增大。因此,在实际面板砂砾石坝工程设计中,进行软岩料的扩大利用时需要合理的制定软岩料填筑范围。     

挤压边墙式混凝土面板砂砾石坝应力变形分析

挤压边墙作为世界坝工史上一门比较新兴的技术,还有许多方面有待研究和完善.结合某一采用挤压边墙施工技术的混凝土面板砂砾石坝工程,对其进行三维非线性有限元分析,分别对竣工期和蓄水期两种工况进行计算,得到了坝体以及混凝土面板的应力变形状态.研究结果表明:采用挤压边墙式混凝土面板砂砾石坝在竣工期和蓄水期应力应变值能够满足安全要求.     

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.     

浇筑式沥青混凝土心墙坝应力变形有限元分析

基于邓肯-张模型,运用数值仿真分析技术,对新疆某浇筑式沥青混凝土心墙坝进行有限元计算,得到竣工期和满蓄期大坝的应力变形特性。分析结果表明:顺河向水平最大位移及堆石体和心墙接触面最大竖向相对位移均发生在上游坝面约1/3坝高处;竣工期顺河向水平位移基本关于坝轴线对称;满蓄期,水压力作用下,顺河向位移向上游减小,而向下游增大,最大位移为9.1 cm。最大沉降发生在满蓄期,位于坝体中轴线偏下游约1/2坝高处,最大位移为16.7 cm。大主应力和小主应力沿坝高方向呈现从坝顶到坝底逐步增加的趋势,其最大值均发生在坝轴线处心墙与基座接触部位。研究所获得的计算分析结果,为同类工程的设计和计算分析提供参考。     

混凝土重力坝-面板堆石坝复式结构型式研究

针对目前特高面板堆石坝存在的面板挠曲变形大、面板缝易拉开、底部面板不能检修等突出问题,提出了一种适用于特高面板堆石坝的新型坝体结构型式——混凝土重力坝-面板堆石坝复式结构。重点分析了施工期、蓄水期及蓄水期发生地震时,新型复式结构混凝土重力坝的高度、上下游坡比、趾板布置等体型参数变化对大坝结构应力变形及面板挠度等指标的影响,为新型结构型式体型的选择提供参考。优选的新型复式结构型式与常规堆石坝结构的计算结果对比分析表明,复式结构除周边缝张开变位及施工期面板应力大于常规面板坝外,其他指标均占据优势,且周边缝张开变位完全在相应规范及止水结构允许变形范围内,并具有较高的安全裕度。新型挡水结构可缩短混凝土面板长度,改善面板受力状态,减少面板挠曲变形,并有效提升面板堆石坝坝踵及趾板部位的可维修性。     

考虑后期变形影响的高面板堆石坝工作性态

由于面板堆石坝工作条件复杂,受到尾水位升降等干湿循环的影响会产生湿化变形;又由于堆石料处在高坝高应力状态下,会导致由颗粒破碎引起随时间变化的流变变形。认为高坝有限元计算必须考虑这两者引起的后期变形的影响。对某超高混凝土面板堆石坝进行了考虑后期变形与不考后期变形的对比计算,结果表明后期变形较大程度上改变了大坝的变形和应力,对面板变形和应力影响甚大。     

碎石桩加固地基对风化料坝应力变形影响研究

近年来振冲碎石桩逐渐应用到土石坝坝基处理中,为研究碎石桩加固地基对大坝应力变形的影响,以覆盖层地基上的某混凝土防渗墙风化料坝为背景,利用碎石桩对地基进行加固处理。在考虑坝料流变特性的基础上,采用非线性有限元方法,计算分析在碎石桩加固地基与未加固地基下,大坝在蓄水期和运行期的应力变形。通过对比计算结果,系统总结了碎石桩加固地基对坝体与防渗墙应力变形的影响规律。结果表明:在碎石桩加固地基下,大坝在蓄水期、正常运行1 a、正常运行5 a、正常运行10 a后,坝体和防渗墙的应力和变形相比未加固地基下都有所减小,相对而言,变形减小的幅度更大一些。可见利用碎石桩加固地基,可以有效地改善坝体和防渗墙的应力和变形,利于大坝保持稳定运行状态。     

基于增量法的混凝土面板堆石坝应力变形有限元计算

采用基于增量法的非线性有限元分析方法,对某混凝土面板堆石坝坝体及面板在施工期和蓄水期的应力变形特性进行了分析、研究,给出了坝体各部分的应力、位移分布规律。本文的中点增量法具有分级迭代易于收敛、计算精度较高的优点,其计算成果说明此算法是有效的;该计算分析成果可以为实际工程的混凝土面板堆石坝设计、施工提供依据,对其它类似工程也具有一定的参考价值。