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水利工程论文-面板堆石坝有限元分析的现状与展望.doc

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水利工程论文-面板堆石坝有限元分析的现状与展望.doc

水利工程论文-面板堆石坝有限元分析的现状与展望摘要:本文通过天生桥一级面板堆石坝有限元变形计算结果和实测结果的对比分析,阐述了面板坝有限元应力变形分析的现状,并展望了其发展趋势。关键词:面板坝堆石体有限元本构关系1.前言现代碾压面板堆石坝具有工程量小﹑工期短﹑造价低等优点,已成为坝型选择的主要类型之一,在我国已成大规模推广的趋势。国内已建成的有关门山、柯柯亚、成屏、西北口、天生桥面板堆石坝等十余座,正在规划设计的有10余座,广泛分布于全国各地。20世纪50年代以前设计的堆石坝一般是不计算坝体应力应变的,但随着计算技术的发展和坝体的日益增高,同时在一些坝体中发现裂缝,坝体应力应变计算才逐步为人们所重视。从“七五”科技攻关开始,国内专家用不同的计算模型,考虑面板受力特点,采用相应的参数,对高面板坝进行二维、三维有限元分析计算。但是到目前为止,国内外对这种坝主要凭经验设计。由于堆石体材料特性十分复杂,有限元的计算结果与实际观测值之间还存在一定的差距。可见,在这方面尚有许多研究工作有待开展。2.堆石体材料的本构关系堆石体的本构关系表达了堆石体应力应变之间的关系,它无疑对应力应变的计算结果起决定性作用。目前建立堆石体本构关系往往基于已有模型,再针对堆石的力学特性确定甚至调整本构关系中各种材料参数。面板坝有限元计算时常采用非线性弹性模型和弹塑性模型。2.1非线性弹性模型非线性弹性模型包括邓肯模型、内勒模型、修正邓肯模型和邓肯模型等。这些模型最初是针对土、砂等一类材料在常规三轴试验基础上提出的,仅适用于二维分析计算,其中计算结果和已建坝实测结果较为符合的是邓肯E-B模型和内勒模型[7]。2.1.1邓肯模型[1][8]康纳(Kondner)根据常规三轴试验结果发现,关系可用双曲线拟合。随后,邓肯(Duncan)引入摩尔-库仑(MohrCoulomb)破坏准则,导出切线弹模为式中,为凝聚力;为初始弹模;为破坏比,是破坏时主应力差和应力应变双曲线的渐近线的纵坐标的比值,即/;为内摩擦角,对于粗粒土假定是的函数,即,式中和为试验参数,大气压(下同)。詹布(Janbu)据试验指出初始弹模和侧限压力有如下关系:式中、为两个由试验确定的参数。相应于卸荷再加荷情况的切线弹模为,按下式计算式中、是由试验确定的两个参数,一般较为大。1980年,邓肯(Duncan)提出切线体积模量的计算式式中、为试验

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