高陡坡面板堆石坝的三维非线性有限元分析

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混凝土面板堆石坝是水工结构中的重要坝型之一,也是被世界公认的一种比较经济适用的坝型,因其具有的众多优点而受到广泛关注,特别在近30年来发展较快、应用较广,并逐渐成为有较强竞争力和发展前景的坝型。我国自“七五”以来,以西北口混凝土面板堆石坝为例,进行了混凝土面板堆石坝的研究和实践工作,取得了一定的工程经验。面板堆石坝的主要问题是坝体变形以及随之而来的接缝损坏和面板断裂,而导致的渗漏。因此,变形问题已成为面板堆石坝设计的核心问题。本文将围绕着高陡坡面板堆石坝设计中存在的问题,结合四川许曲河高陡坡面板堆石坝工程,运用大型通用有限元计算软件ANSYS,从建模过程和计算结果分析中详细系统的分析了高陡坡面板堆石坝的变形、受力特点。主要工作内容如下:1.首先介绍了传统的一些应用于坝体计算中的各种材料的本构关系和计算方法,并详细说明了各种不同计算方法和材料本构关系对计算结果的影响,并结合实际工程确定了本次模拟计算中采用的堆石材料模型为沈珠江模型,采用弹性边界条件来模拟周遍岩石对坝体的约束,并在论文中介绍了混凝土本构关系、面板缝间止水材料的计算模型的选取,以及计算非线性方程的解法和收敛判断准则。2.通过四川许曲河面板堆石坝体实际工程的三维计算模型,进行三维非线性有限元的计算,分析了大坝在施工期、蓄水期、校核洪水期三种工况条件下的应力变形结果,得出了不同工况条件下坝体不同位置不同剖面的应力变形特点,总结出了高陡坡面板堆石坝的一般受力变形特点,为今后研究高陡坡面板堆石坝的受力变形特点提供参考。计算结果表明,大坝的应力变形满足设计要求,最后结合本实际工程为今后研究高陡坡面板堆石坝提供了一些建议。
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