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《阿海重力坝倾斜层状地基力学参数敏感性分析.pdf》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36卷第4期河海大学学报(自然科学版)Vol.36No.42008年7月JournalofHohaiUniversity(NaturalSciences)Jul.2008阿海重力坝倾斜层状地基力学参数敏感性分析1112王大胜,张燎军,张慧星,王伟华(1.河海大学水利水电工程学院,江苏南京210098;2.河海大学土木工程学院,江苏南京210098)摘要:基于大型通用商业软件ADINA,研究了倾斜层状岩体地基的有限元模型,并以云南阿海水电站混凝土重力坝为背景,通过调整地基垂直层面和平行层面的力学参数,进行敏感性分析.研究结果表明,复杂层状地基的力学参数变化对坝体应力和变
2、形有明显影响,随着坝基岩体垂直和平行层面变形模量的改变,坝体应力和变形相应改变.关键词:阿海水电站;重力坝;倾斜层状地基;本构关系;ADINA;敏感性分析中图分类号:TV642文献标识码:A文章编号:1000O1980(2008)04O0511O05阿海水电站位于云南省丽江市玉龙县与宁蒗县交界的金沙江中游河段,为金沙江中游河段规划8个梯2级电站的第4个梯级,混凝土重力坝置于岩性以D1a为主的基础上,基础条件相对较差,坝基岩体呈现为软硬不均的特性,在平行和垂直层面2种情况下变形模量差别较大,各向异性明显,对重力坝稳定有着明显的影响.在大坝的设计与计算中,地基对大坝的稳定性
3、起着十分重要的作用.倾斜层状地基是一种复杂的地基形[1O3]式,其平行层面和垂直层面的物理力学性质有较大差异,本构关系相当复杂,而对层状地基的研究相对较少,从而大大增加了大坝设计计算的难度.层状地基属于一种特殊的各向异性体,可以采用横观各向同性的力学模型进行模拟.ADINA是一种非线性、动力有限元仿真分析软件.ADINA在计算理论和求解问题的广泛性方面,尤其针对结构非线性、流固耦合、结构抗震等复杂问题的求解具有强大优势.本文运用该软件建立了云南阿海重力坝复杂层状地基的坝2地基有限元分析模型,通过层状地基的物理力学参数的敏感性分析,研究了力学参数变化对大坝变形和应力的影响
4、.图1局部与整体坐标1本构模型Fig.1Localandglobal对于图1所示的横观各向同性岩体,以层面为x′Oy′平面,法向为z′轴,则coordinatesystems[4O7]在局部坐标Ox′y′z′中的弹性矩阵为21-nμ2对22μ1+nμ21-nμ22μ2(1+μ1)μ2(1+μ1)(1-μ1)/n称D=R(1)000G1/R0000G2/R00000G2/RE1E2E1其中R=2n=G1=(1-μ1-2nμ2)(1+μ1)E12(1+μ1)式中:E1,μ1———层面内的弹性模量及泊松比;E2,G2,μ2———垂直于层面方向的弹性模量、剪切模量及泊收稿日期:
5、2007O10O10基金项目:国家自然科学基金(90510017)作者简介:王大胜(1983—),男,江苏连云港人,硕士研究生,主要从事水工结构的数值仿真分析研究.512河海大学学报(自然科学版)第36卷松比.应力、应变由局部坐标系Ox′y′z′转换到整体坐标Oxyz中,有σ=Dε(2)T其中D=LD′L222l1l2l32l1l22l2l32l3l1222m1m2m32m1m22m2m32m3m1222n1n2n32n1n22n2n32n3n1L=l1m1l2m2l3m3l1m2+l2m1l2m3+l3m2l3m1+l1m3m1n1m2n2m3n3m1n2+m2n1m
6、2n3+m3n2m3n1+m1n3n1l1n2l2n3l3n1l2+n2l1n2l3+n3l2n3l1+n1l3式中:σ———整体坐标中的应力列阵;ε———整体坐标中的应变列阵;li,mi,ni(i=1,2,3)———局部坐标轴与整体坐标轴之间夹角的余弦.由于材料输入和应力输出的方向对应于单元坐标方向,一般情况下单元坐标系不平行于整体坐标系或局部坐标系,故应用时通常需要将单元坐标系旋转至与整体或局部坐标系平行后进行求解.在ADINA中可以通过定义材料坐标系来完成坐标变换.2计算模型及参数本文选取该重力坝的10号坝段、厂坝结合方案进行有限元分析.10号坝段坝底高程1372
7、100m,坝顶高程1510100m.上游正常蓄水位为1504100m,下游正常尾水位为1417148m,坝前淤沙高程1480100m(年限为3100a).淤沙浮密度为950kg/m,内摩擦角为24°.取单位厚度坝体和坝基进行计算分析.计算范围为:上、下游方向和深度方向地基分别取115倍坝基宽度.坐标选择为:y轴指向下游,z轴竖直向上.其中坝基采用平面应变单元,考虑了15个材料的分区.坝体采用平面应力单元,考虑了2种材料.整个模型共划分单元2468个,节点2598个,有限元模型如图2所示,材料分区及关键点如图3所示.坝踵、坝顶、坝趾及厂房下
