有限元方法在拱坝稳定分析中的应用new

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1、万方数据第34卷第9期2012年9月人民黄河YELLOWRIVER。V01．34，No．9Sep．，2012【水利水电工程】有限元方法在拱坝稳定分析中的应用谢德华1，黄虎2(t。河南省商城县铁佛寺水库管理所，河南商城465350；2．华北水刹水电学院水利学院，河南郑州450011)摘要：结合有限元方法的计算特点，根据有限元计算结果中坝体的位移突变及塑性区发展来判断拱坝的稳定性，并与刚体极限平衡法稳定分析结果进行了比较。结果表明：有限元法稳定分析结果与刚体极限平衡法一致，有限元法能够克服刚体极限平衡法的缺陷，模拟坝体混凝土和岩体的非线性本构关系，并将坝体和基岩作为整体模

2、型进行计算分析，从而能真实反映拱坝坝肩岩体的失稳机理和破坏过程，为评价拱坝坝肩的稳定性提供依据。关键词：拱坝；稳定分析；有限元方法；超载法；刚体极限平衡法；塑性区中图分类号：TV642．4文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1000—1379．2012．09．032ApplicationoftheFiniteElementMethodinAchDamStabilityAnalysisXIEDe—hual．HUANGHu2(1．TheControlStationofShangehengTiefosiReservoirinttenanProvince，Sh

3、angcheng465350，China；2．CollegeofWaterResources，NorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower。Zhengzhou450011，China)Abstract：AccordingtothecharacteristicsoftheFEM，thedisplacementcatastropheandplasticzonedevelopmentwereusedtoanalyzethestabilityofthearchdam，andcomparedwiththerigidbo

4、dylimitequilibriummethod．TheresultsshowthattheconclusionissimilarbetweentheresultsofFEMandtherigidbodylimitequilibriummethod，FEMcanrevealthenonlinearconstitutiverelationDftheconcreteandtherock，SOthemodelin—eludingdamandrockcanrevealtheinstabilitymechanismanddamageprocessfactually，itprov

5、idesguaranteeforstabilityanalysisofarchdam．Keywords：archdam；stabilityanalysis；finiteelementmethod；overloadmethod；rigidbodylimitequilibriummethod；plasticzone高拱坝整体失效的破坏机制与分析方法历来是拱坝安全性研究的主要内容之一。但由于高拱坝体形复杂，紧密嵌固在地基内，坝体与地基形成一个高次超静定结构系统，因此关于拱坝的破坏机理、破坏演变过程、破坏分析方法、安全控制标准、安全评估理论和方法的研究仍然存在不少问题。目前，

6、工程中常采用刚体极限平衡法评价拱坝坝肩的稳定性，该方法计算原理简单，具有一套较为成熟的稳定判别标准⋯。但它没有考虑变形协调条件和材料的本构关系，因此其不能真实反映坝基岩体渐进失稳的过程和破坏的力学枧理。而非线性有限元法能够克服刚体极限平衡法的缺陷，模拟坝体混凝土和岩体的非线性本构关系，将坝体和基岩作为整体模型进行计算，从而能真实反映拱坝坝肩岩体的失稳机理和破坏过程，为评价拱坝坝肩的稳定性提供保障。1有限元分析坝肩稳定性的方法1．1方法的分类(1)稳定安全系数法。有限元法原则上可以模拟岩体的地质构造和物理力学特性，通过线性和非线性有限元分析可以得到滑移面上的应力，然后采

7、用下式计算稳定安全系数：K：f—fc—rd_s—+—fC—ds(1)J们s式中：Gr、r_I厂、c分别为某滑移单元滑动面上的正应力、剪应力、摩擦系数及凝聚力；s为滑动面积分面积。当C=0时，式(1)为纯摩擦公式；当C≠0时，式(1)为抗剪断公式。(2)超载安全系数法，引入超载系数K。。设想将设计荷载增大K；倍后坝体深层抗滑稳定即达临界状态，此时对应的K。为超载系数。超载安全系数法心1先假定岩体强度参数不变，通过逐级增加上游水荷载，分析坝基变形破坏演变发展过程与超载倍数的关系，然后寻求坝基出现整体滑移时相应的超载倍数作为坝基整体抗滑稳定超载安全系数。1