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1、中国农村水利水电!2009年第6期145文章编号:10072284(2009)06014503CSG坝渐进破坏过程分析123杨令强,韩勇,陈祖坪(1.济南大学土木建筑学院,济南250022;2.日照水库管理局,山东日照276800;3.首钢工学院,北京100041)摘要:CSG材料是一种新型筑坝材料,目前在国内外中、小型坝和围堰中开始采用。对CSG坝常用的等腰梯形断面按平面应变问题进行了有限元计算和破坏过程分析,把CSG材料看作连续材料,采用俞茂宏双剪准则作为CSG材料的强度准则函数,计算结果表明,等腰梯形断面受力合理,坝体和地基都不会出现拉应力,同时采用破
2、坏追踪的方法对破坏过程进行了分析,结果表明坝体的破坏过程是沿下游坝坡出现类似于散粒体边坡的滑弧。关键词:CSG坝;渐进破坏;坝体断面;破坏追踪中图分类号:TV41文献标识码:A应力将转化到其他未破坏的单元上,应力发生重新分布,因此0引言重新计算与该单元有关的刚度矩阵,组装总刚,再次计算坝体CSG(CementedSandandGravel)是1976年J.M.拉斐尔的效应场、功能函数场和可靠度指标场,再次记录可靠度指标提出的一种新材料,它是将胶凝材料和水添加到河床砂砾石或的最小值及相应的失效概率和条件概率,再次指定条件可靠度开挖废弃料这些在坝址附近容易找
3、到的岩石基材中,然后采用指标最小单元破坏,诸点进行下去,直到破坏m个单元后坝体简单的拌合装置拌合而得到,这样砂石料就由散粒体变为连续破坏成为机构,或发生过大变形影响正常的使用,这m个破坏体,CSG材料的性能介于堆石坝材料和混凝土性能之间,较堆单元的几何位置就构成了坝体的破坏轨迹,这m个条件概率的石坝材料具有更好的强度和抗冲刷、溢流能力,但与混凝土相[5]数值就构成了描述坝体破坏的概率向量[1]比其强度、一致性和抗渗性能要差。与堆石坝比较,采用Pf=[pf1pf2pfm](1)CSG技术修建的大坝边坡更陡,具有更强的抗漫顶溢流能力。上式概率向量中的第k个分量为CSG
4、技术具有就地取材、充分利用当地材料和常规施工设备、kpfk=pf0i(2)缩短建设工期、降低工程造价的优点。该技术问世时间不长,i=1目前多用于修建围堰、拦沙坝等小型临时建筑[2]。CSG坝常用当k=1时为坝体初始破坏的概率;k=m为坝体破坏的概的断面形式为等腰梯形[3,4],本文按照平面应变问题,对该断面率;k=i(15、念,坝体的破坏就是无限个不连续点2.1单元失效概率的求解的集合,然而用有限元法分析连续体力学问题,则坝体的破坏单元失效概率的求解采用离散化降维解法[6],设结构的失过程就应当是有限个不连续点的集合。坝体点的应力状态是效概率Pf=P(Z<0),Z为结构的功能函数,简记为Z=不同的,应力大的点总是先超过强度极限而破坏,因此坝体的g(!),x1,x2,,xm为基本变量,如果它们相互独立,则:破坏是渐进过程。首先按有限元法分析坝体的效应场、功能函pf=fx(x1)fxfx(xm)dx1dx2dxm=数场或可靠度指标场,记录可靠度指标的最小值及相应的失效∀∀12m概率,然
6、后指定可靠度指标最小单元破坏,原来该单元承担的!fx[fx(x2)fx(xm)dx2dxm]dx1∀1∀∀2m[g(!)#0]收稿日期:20081212式中:fx1(x1),fx2(x2),,fxm(xm)为随机变量x1,x2,,xm基金项目:山东省博士基金(2008BS9025)。的概率密度函数。离散化降维解法求可靠指标的要点是:作者简介:杨令强(1972),男,博士,副教授。将基本变量xi离散为定值量xik(k=1,2,,m),将xik代146CSG坝渐进破坏过程分析杨令强韩勇陈祖坪入极限状态方程g(!),得到降维的方程g=(x1k,X2
7、,,用弥散裂缝单元来代替单独的破坏单元,即在出现破坏单元以Xm),据此可求解条件可靠指标x1k,通过变换后,仍然假定材料是连续的,仍然可以用处理连续体介质力学x∃-1[F1k=x(x1k)](4)的方法来处理整个坝体,单元刚度矩阵的修改参见文献[9,1x∃-1[1-(x1k)]=-x1k(5)10]。2k=将x∃∃1~x1k曲线映射于标准正态坐标系(x1ox2)上,此曲线4算例可视为二维极限状态曲线。x∃∃1为荷载,x2可视为广义抗力,代表除x1外所有其他基本变量对功能函数的综合影响。如果离某坝高100
