土石坝静力有限元分析

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1、水f利}工；程科—技—黑信龙江l—鬣—{土石坝静力有限元分析谢江红(四川华能涪江水电有限责任公司，四川成都610041)摘要：土石坝是指用土石料经过碾压等方法填筑而成的一种坝型，在世界坝工建设中应用相当广泛。因此，国内外对于土石坝的有限元分析也就层出不穷，但是一般都是运用非线性有限元增量法进行分析。即将坝体分成若干个微小的层来进行加荷计算．从而达到模拟土石坝的施工过程。本文以某高堆石坝为例，进行三维有限元静力分析，在运用增量法计算时，探讨了对于f填筑层的高度对于计算的影响．关键词：土石坝；静力；有限元；增量法1增量法

2、某高堆石坝为增量法是指将结构所承受的全荷载分成流域水电开发的龙头若干级微小增量，逐级用有限元法进行计算。对水库T程，最大坝高于每一增量，在计算时假定坝体材料性质不变，为136m，坝顶宽度做线性的有限元计算，从而得到应力应变增量。12m。上游坝坡为1：然后根据各级增量进行累加计算出坝体整体的2．0，下游坝坡平均坡应力应变。增量法分为：基本增量法、中点增量比为1：8，地震本烈法和增量迭代法。本文主要分述基本增量法和度为7度。陔堆石坝图l典型剖面竣工期水平位移(方案1)图2典型剖面竣工期水平位移(方案2)巾点增量法。的各材

3、料参数的应力1．1基本增量法应变关系，符合邓肯基本增量法是指认为各级荷载下的材料张E—B模型，苁参数性质通过刚度矩阵fD1米体现的。基本增量法是值见表1。根据以上～级结束的应力作为本级的初始应力根据堆石圳的资的思路来确定刚度矩阵[D]的。对于第l缴荷载，料，建维有限元增量法的计算步骤为：a．用上一级结束的应力计算模型．x坐标轴是作为本级的初始庖力fo-h，从而得到[D1。对于顺河流方向为止，Y弹性非线性问题，确定切线弹性常数E和坐标轴是沿坝轴线方，从而形成[D{1算出劲度矩阵[向右岸为正、Z坐标轴b．求解线性方程绀[

4、Kl+】{△8)={△R，得向t为正。应力以(A8，相』澎的(8}J+I=f8}I+(A8}⋯为正，拉为负。有限元c．再根据位移增量{A8l1+1计算各级单划分网格35l13个节元应变增茸f△8l+l和应力增量f△}l+lo从而点，31827个单店。得出陔级的应力应变{e}={s}l+{A8l+l，{口}3高堆石坝静力=fd}1+f△l+l。有限元分析图5典型剖面竣工期小主应力(方案1)图6典型剖面竣工期小主应力(方案2)对每级荷载重复上述步骤，最终累加各级根据高堆石的情况，荷载的计算结果，得到整个结构的应力应变。将

5、坝体施工期的填筑1．2中点增量法分成两种方案，即将为了求平均心力，要作一次试算。按基本整个坝体分成1O层增量法先算一次，得出的应力与初始应力平均，和20层两种填筑方就得该级荷载的平均应力(中点应力)，再求[D]，法运用中点增量法计重新算一次。第l级荷载计算步骤如下：前3步算应力应变。堆石坝同基本增量法。d妹平均应力{}】=({l1_1+(o1)／2。e．由平均应力求所对应的刚度矩阵，再形成劲度矩阵￡解方程组{K}1{△8}．=fAR}l，得出下表2，其丰}j应的等值线奠l】网1～8。为符合I程实际情况。冈此对于该高堆

6、石坝，建{△【『】，则相应的为{8J，={8+{As}．。g．由根据堆石坝的施工的文际情况，方案2相}义分20层填筑方案进行有限元分析。{A8}求应变增{As】和应力增量{△【『1，对比较符合。方案1较办案2进行比较，向上4结论进而求得垃力和应变全。2-E游的最大水平位移为减小7．64％，向下游的最4．1木文洋细阐述了非线性有限元计算方2工程概况大位移为减小O．15％，而垂直位移增加8．46％，法增量法的基本理论和相应的分类计算方法，表l高堆石坝坝体材料邓肯张E=B参数大主应力减小然后以某高堆坝为例，分两种填筑方案运

7、用2．58％，小主应力减巾点增遁法进行非线性有限元计算，得出相应小4．45％。从数据看，的府力成变。不同的分层填筑方4．2通过两种不同填筑方案的比较，得出案对于垂直位移的填筑的层数越多，即分层填筑的厚度与实际填影响最大，其值达到筑厚度越接近，模拟的计算结果就越接近真实了8．46％。从应力应斛。从计算数据和计算图形可以看出，不同的填变的等值线图看，垂筑方案对坝体的垂直位移的影响最大。对于填商位移的差别最大，筑层数较少时，计算的规律往往偏差越大。而f_；j从冈7和图8参考文献训算方巢最人水、}位移(cm)大主应小1f，i

8、分析，方案l的结果⋯钱家欢，殷宗泽．土工原理与计算『M】．北京：中向I．游向r游(ton／m2)(tOlrl／瑚一2)—觇律很差，和实际的国水利水电出版社．2003．i3蕞142334597326．909359情况柑差较大，而方}2]林继镛，水工建筑物[M]．北京：中国水利水电ii蕞245834604_335579795案2的计算规律较出版社．