基于子模型的高面板堆石坝周边缝变形分析-论文.pdf

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1、第32卷第8期水电能源科学Vo1．32No．82014年8月WaterResourcesandPowerAug．2014文章编号：1000—7709(2014)08—0081—05基于子模型的高面板堆石坝周边缝变形分析李佳男，赖国伟，王义鹏(武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北武汉430072)摘要：采用邓肯E—B模型模拟面板堆石坝体时考虑某高面板堆石坝面板分期施工与浇筑的特点，建立准确模拟面板特性的子模型，用接触面单元模拟坝体与面板的接触面及面板缝的相互作用，分析了该高面板堆石坝在稳定期、蓄水期和校核洪水期的面板周边缝变形规律，研究了周边缝随上游水位的变形规律，探究周边缝变

2、形量和坝体整体变形规律，并与类似坝高的面板堆石坝结果进行比较。结果表明，该高面板堆石坝模型在不同时期的周边缝变形符合工程实际，在可接受范围内；靠近河床的面板的垂直缝基本上为受压缝，靠近两岸山体的面板垂直缝为张开缝；周边缝三向位移随上游水位的变化及顺坝轴向呈现一定的规律，与坝体沉降有一定的联系。关键词：面板堆石坝；子模型；E—B模型；周边缝；变形规律分析中图分类号：TV641．4文献标志码：A移值作为子模型的初始边界条件州。1引言子模型基于圣维南原理，若实际分布荷载被混凝土面板堆石坝造价低、安全性高，对地质等效荷载代替后只在荷载施加位置附近应力和应条件的适应性好，且能充分地利用当地材料的优

3、变有所改变，说明只有在荷载集中位置才有应力点，是一种应用广泛的坝型l1]。高面板堆石坝容集中效应。若荷载的位置远离应力集中位置，则易出现混凝土面板裂缝偏多、局部挤压破损、周边子模型内可得到较为精确解。按照正常的施工过缝位移值高等现象_2]，面板周边过大的裂缝会导程来模拟坝体与面板的应力和变形，由于高坝的致防渗系统破坏而产生严重渗漏，将危及大坝的面板通常分期浇筑，在每一期面板浇筑之前，坝体正常运行与安全，因此周边缝在稳定期、蓄水期和的上游面都需要填平，如何在模型中对这部分位校核洪水期的变形能否满足设计要求及变形分布移进行修正，在算法和程序上都有很大的困难。规律是否合理是非常有价值的研究课题

4、。目前，经过ANsYS后处理，将坝体上游面的相应的荷高面板堆石坝计算中的面板应力变形分析主要以载步修正之后，再使用子模型技术结合ANSYS整体模型计算为主l3]，这就意味有限元建模时需的三维面面接触单元计算面板应力、变形，则可要简化面板的单元尺寸，将大幅降低面板应力变得到满意的结果。这也是采用子模型法计算面板形的精度。鉴此，本文以某高面板堆石坝为例，采应力变形并对周边缝三向位移进行分析的原因。用三维有限元非线性方法建立精细模拟面板特性三维面一面单元子模型法的分析步骤如下。的子模型，分析稳定期、蓄水期和校核洪水期面板步骤1假定面板与堆石体没有脱开，先不周边缝变形，探讨了周边缝的变形规律，为

5、面板堆考虑面板与垫层、面板之间和面板与趾板的接触石坝周边裂缝控制提供参考依据。问题，只考虑坝体本身的施工过程、材料分区和加载过程，计算实际加载路径下的坝体应力和变形。2计算模型和参数步骤2将面板、垫层和过渡层独立成子模2．1分析方法型，将子模型中面板部分的网格细分，并保持下部子模型法又称为特定边界位移法或切割边界垫层、过渡层单元不变。位移法，其边界条件就是整体模型切割边界的计步骤3根据面板施工进度，修正堆石体上算位移值。按照正常施工填筑和蓄水过程计算坝游面位移，将其作为子模型的位移边界条件。体的应力变形，将修正后的垫层和过渡层节点位步骤4模拟面板与垫层、面板之间和面板收稿日期：2014—

6、03—17，修回日期：2014—05—19作者简介：李佳男(1988一)，男，硕士研究生，研究方向为水工结构，E—mail：ljn200801912@163．corn第32卷第8期李佳男等：基于子模型的高面板堆石坝周边缝变形分析·83·表2各测点在不同时期的面板周边缝上为受压缝，在靠近两岸山体岸坡上的面板垂直张开度、剪切位移、沉降量缝为张开缝。基本稳定期，垂直缝最大张开度为Tab．2Open，sheardisplacementandsettlingofperipheraljointoneachmeasuringpointindifferentperiodsmm4．92mITl；正常蓄水期

7、，垂直缝最大张开度为5．95⋯．张开度剪切位移沉降量mm；校核洪水位期，垂直缝最大张开度为6．98⋯”T1丁3nn死JPd—O．040．071．473．473．743．810．110．292．91mm，三者均发生在JR2测点附近垂直缝的最底JR27．8011．0714．795．915．323．8O4．124．855．71JR310．2312．9015．604．622．970．526．537．348．08端与山体接触部位。JR44．7