土石坝应力应变计算方法概述.pdf

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1、第6期总第216期农业科技与装备NO．6TotalNO．2162012年6月cultur~Science&Technolo~vandlun．2012土石坝应力应变计算方法概述薛逵，李强(1．普兰店市水利规划设计院，辽宁大连116200；2．沈阳东方世纪科技有限公司，沈阳110061)摘要：概述土石坝应力应变计算方法的发展过程．详细介绍国内外比较经典的计算方法和模型(有限单元法、邓肯双曲线模型、修正剑桥模型、南水模型))的特性、使用范围以及不足之处，为土石坝的设计、稳定分析、渗流计算、抗震分析提供参考。关键

2、词：土石坝；应力应变；南水模型；有限单元法中图分类号：TV641文献标识码：A文章编号：1674—1161(2012)06—0053—02据统计。土石坝是目前世界上建设数量最多的坝1970年。N．0．Boruhgton用弹性有限元方法对36型，占世界建坝总数的9O％以上。随着土石坝事故案in高的Wilmot坝进行分析计算，但他采用的等应变例的增多，人们开始分析对其产生破坏的各种因素．三角形单元不能真实反映应变值。JK．Wilkings等人包括土石坝的土体构成、地基土体的结构与成分、建对Cehntnaa、A

3、hoAnehieaya和FozdoAreia坝有限元的筑物应力应变状态及其沉降、土的渗透性和孔隙水压分析，均未能较好表述坝的实际工作状态，主要表现力等。在研究方向上，开始从外部收集观测数据转向为坝体变形在坝下游大部分范围内竖向位移小于水分析土石坝的内部结构及应力应变、孔隙水压力对其平位移．与实际结果不一致。由现场观测资料得出的的影响。在研究方式上，从宏观观测转向微观计算分结论认为，竖向位移应该大于水平位移。析。为了保证计算的精确度和简化复杂繁琐的计算过1_2邓肯双曲线模型程，现代化的自动观测和采集仪器被用

4、来代替人工作邓肯双曲线模型是在大坝应力变形计算中应用业，先进的计算机软件系统被用来进行有限元方程求较多的模型之一，其为典型的非线性弹性模型。邓肯解。自动化监测设备和计算机软件的使用。突破了传和张建议采用双曲线拟合三轴试验的偏应力or一or。统大坝安全分析的瓶颈。使大坝的内部结构更加直观与轴向应变s的关系以及侧向应变与轴向应变的地展现在人们面前，并从微观的角度解读各种条件对关系，得出切线杨氏模量和切线泊松比的计算公式分大坝的影响，为土石坝的设计、稳定分析、渗流计算、另U为：Et：Ei(1一尽；v,=vi／[

5、1一D(1一cr3)／E(1一R】。其抗震分析提供参考。中，Ei=Kep扣3fP；vi=G—Flog(trP；sfJI1一盯j1一1土石坝应力应变计算方法发展历程f。而1一O'3)f-'-2(ceos~+o"3sin~)／(1一sin~p)。以上各式中，c、随着世界经济的发展。土石坝安全稳定性评价、Rr、Ke、n、D、G、F为8个参数，PⅡ为大气压力。体系得到了全面、系统的发展。无论是从应力应变方邓肯模型反映了非线性。其特点为：把总变形中面，还是从大坝渗流及地震载荷分析方面．都建立了的塑性变形部分也当成弹

6、性变形处理，通过调整弹性一套完整可靠的设计标准。参数来近似地考虑塑性变形；采用增量计算法。能部1．1有限单元法分反映应力路径对变形的影响：通过回弹模量与加载1967年，克拉夫和伍德(CluohgnadWood)成功地模量的差别，体现加荷历史对变形的影响，但没有反用有限单元法分析了一个理想土坝的应力和应变。此映固结压力增加与降低的差别．也没有反映加荷、卸后，土石坝应力应变分析成为一个热门课题．获得了荷对泊松比的影响。按照广义虎克定律．中主应力对快速发展。20世纪80年代，土石坝应力应变分析中变形的影响能得到

7、反映，但模型本身没有反映中主应主要存在以下问题：一是多数的研究集中在施工期．力对弹性模量、泊松比和强度指标的影响。由于虎克回避了蓄水期的计算，但土石坝是挡水建筑物，不解定律不能反映剪胀性，也不反映平均正应力对剪应变决水对坝体的作用问题，就相当于没有解决问题：二的影响，因此模型只考虑硬化，不能反映软化和各向是缺乏可行的粘土防渗墙开裂分析方法，非饱和土的异性。渗透及固结问题也很少涉及；三是无法测定占坝体比1．3修正剑桥模型重很大的粗粒料的力学性质和参数。修正剑桥模型是英国剑桥大学的RosCoe和Budand根

8、据正常固结粘土和弱超固结粘土的三轴试验，利用状态边界面概念、塑性理论流动法则和塑性收稿日期：2012-04—12势理论，用简单曲线配合法建立的塑性与硬化定律函作者简介：薛逵(1984一)，男，助理工程师，从事水利规划设数。它考虑了静水压力的屈服特性、压硬性、剪缩性，计工作。但当破坏面有尖角时，塑性应变的方向不易确定。农业科技与装备2012年6月修正剑桥模型采用下列屈服igi数：po=(p)(1+相比，既可以考虑堆石料的剪缩特性