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《长塘电站拱坝有限元应力分析及坝肩稳定研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第40卷第1期人民长江Vo.l40,No.12009年1月YangtzeRiverJan.,2009文章编号:1001-4179(2009)01-0049-03长塘电站拱坝有限元应力分析及坝肩稳定研究1112吴海林李昌刚周宜红张付刚(1.三峡大学土木水电学院,湖北宜昌443002;2.长江三峡水电工程有限公司,湖北宜昌443002)摘要:为深入研究长塘水电站拱坝系统的应力及变形状态、渐进破坏发展过程以及可能的失稳模式和极限承载力,采用三维弹塑性有限元法,针对4种工况(正常蓄水位+温降,正常蓄水位
2、+温升,死水位+温升,校核水位+温升)对坝体和坝基进行了分析计算,并利用强度储备系数法模拟拱坝失稳的渐进破坏过程。结果表明:各种工况条件下,坝体最大有限元等效主应力均小于规范要求的允许应力施工过程仿真模拟,并采用强度储备系数法模拟拱坝失稳的渐进破坏过程,分析研究了长塘拱坝的坝体强度和坝肩稳定问题;J1夹层在两岸坝肩及上游水库表面局部首先出现破坏,当强度系数为2.9时,屈服区在左岸坝肩贯通,大坝失稳。综合分析,长塘水电站拱坝及坝肩系统是稳定的。关键词:坝肩稳定;三维弹塑性有限元法;强度储备系数法;碾压混凝土拱坝中图分类号
3、:TV642.4文献标识码:A长塘水电站位于贵州省黔西县境内野纪河上,坝址位于黔的渐进破坏过程,分析研究长塘拱坝的坝体强度和坝肩稳定问西县乌渡河村,距贵阳公路里程124km,开发目的是发电,兼顾题。零星的灌溉用水和沿岸人畜饮水,为野纪河干流水电梯级开发1有限元模型及计算方案的第一级。水库正常蓄水位905.00m,死水位895.00m,水库具有周调节能力。电站装机容量30MW,属等中型工程,主1.1有限元模型要建筑物为3级。三维有限元模型由坝体混凝土和基岩组成,大部分采用空大坝由碾压混凝土拱坝,右岸推力墩,泄
4、洪系统,下游护坦间8节点等参实体单元,局部采用四面体单元过渡,整个计算域护坡组成。拱坝体型为抛物线双曲拱坝,坝顶高程908.00m,共剖分59168个单元和39712个节点,其中坝体单元数为坝底高程820.00m,最大坝高88m,坝顶宽6m,坝底厚17m,8274,节点数为10255。用有限元模型如实模拟了J1夹层、溶厚高比0.193,坝顶弧长155.744m。2-1-12-1-22-2蚀带、L19裂隙等主要结构面。计算范围为:基础深度取最大坝大坝坝肩主要坐落于岩层T1y、T1y上,在T1y地层底2-2高的2倍左右,即建基
5、面820m高程以下基岩厚度约2倍坝高;部发现有溶洞(空洞)和T1y岩体构成的溶蚀带分布。岩层顺河向和横河向基岩范围均取2倍坝高。计算域上、下游边界2-1-12-1-2T1y、T1y含有大量的泥化夹层,以岩块岩屑型为主,风化带及左、右岸边界取水平法向位移约束;底部取为铅直位移约束。2-1-1内则为岩屑夹泥型,特别是T1y岩层顶部厚1.92~2m的J1有限元模型如图1、2所示。夹层,为一薄层泥灰岩夹钙质泥岩组成的夹层,横贯两岸山体,并与坝体在两岸建基面相交。以上这些不利因素,构成了长塘双曲拱坝坝肩可能发生滑动失稳的地质背景。安
6、全性是拱坝设计的关键问题,一方面要对拱坝进行应力应变分析,检验大坝是否满足强度要求,为解决相关设计和施工问题提供依据,使坝体尽可能承受较均匀的压应力,将荷载传至两岸坝肩;另一方面要研究两岸拱座的抗滑稳定性和岩体变形,对坝肩的稳定性作出评价。为深入研究拱坝系统的应力变形状态、渐进破坏发展过程以及可能的失稳模式和极限承载力,本文采用三维弹塑性有限元法,仿真模拟施工过程,并采用强度储备系数法模拟拱坝失稳图1三维整体模型收稿日期:2008-11-01基金项目:教育部科学技术研究重点项目(208092);湖北省教育厅自然科学研究项
7、目计划重大项目(Z200713001);三峡大学科学基金(0620070006)作者简介:吴海林,男,三峡大学土木水电学院,讲师,博士。50人民长江2009年表3有限元计算工况作用类别荷载组合工况主要考虑情况水压泥沙温度荷载压自重力压力温升温降力基本组合1正常蓄水位+温降∀∀∀∀∀2正常蓄水位+温升∀∀∀∀∀3死水位+温升∀∀∀∀∀特殊组合4校核水位+温升∀∀∀∀∀游侧1/3坝高处。各工况坝体的主压应力在坝体大部分区域沿着河谷中轴线大致呈对称规律分布,除正常蓄水位+温降工况外,其余各工况坝体所有区域均为
8、压应力,且最大压应力的位置基本相同,在左坝肩2/3坝高处。正常蓄水位+温升工况下坝图2有限元模型网格体上下游面的主压应力分布见图3、4所示。本文材料本构关系采用理想弹塑性模型,屈服准则采用常用的Drucker-Prager准则。Drucker-Prager屈服准则是Mohr-Coulomb准则的特例,
