基于COMSOL+Multiphysics的高拱坝渗流-应力全耦合分析

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1、第32卷增2岩石力学与工程学报Vol.32Supp.22013年7月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJuly，2013基于COMSOLMultiphysics的高拱坝渗流–应力全耦合分析王瑞，沈振中，陈孝兵(河海大学水利水电学院，江苏南京210098)摘要：基于COMSOLMultiphysics平台提供的M语言进行二次开发，研制多物理场全耦合分析模型，并开发计算程序。结合黄河上游某水电站工程建立拱坝渗流场与应力场耦合的三维有限元模型，对比分析水库正常运行期考虑与不考虑耦合情况下坝体和坝基的渗流场与应力场

2、。结果表明，2种情况下渗流场、应力场和位移场的分布规律一致，数值有差别。相比不考虑耦合作用，考虑耦合作用所得到的渗流场等势线偏向下游，各位移分量都有不同程度的增加，且坝体上游岩体的拉应力增加，坝肩和坝基下游岩体的压应力增加，造成坝基渗流场局部分布规律变化，扬压力明显增大，对坝体和坝基稳定产生不利影响。可见，高坝考虑渗流–应力耦合作用效应是十分必要的。关键词：水利工程；渗流场；应力场；全耦合；高拱坝中图分类号：TV37文献标识码：A文章编号：1000–6915(2013)增2–3197–08FULLCOUPLEDANALYSISOFSEEPAGE-STRESS

3、FIELDSFORHIGHARCHDAMBASEDONCOMSOLMULTIPHYSICSWANGRui，SHENZhenzhong，CHENXiaobing(CollegeofWaterConservancyandHydropowerEngineering，HohaiUniversity，Nanjing，Jiangsu210098，China)Abstract：BasedonMlanguageofferedbyCOMSOLMultiphysics，afullcoupledanalysismodelwasdeveloped，andthecorrespondi

4、ngcalculatingprogramwascomplied.Andthen，athree-dimensionalfiniteelementmodelofanarchdamlocatedonYellowRiverwasestablished.Thecoupledseepage-stressfieldwascomparedwithuncoupledconditionunderaselectedreservoiroperationcase.Theseepagefield，stressfieldanddisplacementfieldwereanalyzedfo

5、rdeepunderstandingofthesignificanceofcouplinganalysisinthehigharchdam.Theresultsshowedthesamedistributionofseepage，stressanddisplacementfieldsinthosetwocases.However，comparedwiththeuncoupledcase，theequipotentiallinesofseepagefieldwereclosetodownstream.Everydisplacementcomponentincr

6、easedatdifferentrates，thetensilestressoftheupstreamrockincreasedandthecompressivestressofthedownstreamrockalsoincreasedinthecoupledcase.Theupliftpressureincreasedinthefoundationanditwasnotbeneficialtothestabilityofthedam.So，itisnecessarytoconsiderthecoupledseepage-stresseffectforhi

7、gharchdam.Keywords：hydraulicengineering；seepagefield；stressfield；fullcoupledmodel；higharchdam收稿日期：2012–10–23；修回日期：2012–12–26基金项目：国家自然科学基金资助项目(51179062，40930635)；江苏高校“青蓝工程”资助；江苏省自然科学基金青年基金项目(SBK201240863)作者简介：王瑞(1990–)，女，2011年毕业于河海大学水利水电工程专业，现为硕士研究生，主要从事水工结构现代设计分析理论和试验技术方面的研究工作。E-ma

8、il：xinanxian@126.com•3198•