街面水电站面板堆石坝应力变形计算分析

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福建金造桥混凝土面板堆石坝应力变形计算分析

切线体积模量
曰Ｐ）：ｎ（
卸荷时，采用卸荷弹性模量
＝
（２）
ｋ・）（
（３）
上式中：。ｄｄ和为最大和最小主应力；ａ为大气压力；Ｐｃ和 ≠为强度指标；Ｒ为破坏比；Ｋ为弹性模量
数；ｎ为弹性模量指数；为体积模量数；为体积模量指数；卸荷弹性模量数。ＫｍＫ，为
别，因此，当缩减坝顶宽度是可行的。适
・＿＿— —
２７。— ０＿＿ —
维普资讯
福建金造桥混凝土面板堆石坝应力变形计算分析
林传光
表２二维计算分析结果
计算结果（大值）最
ＴＴ
计算结果（大值）最
Ｖ１Ｎ．ｏ５ｏ．３
Ｓｐｍｅ，０７ｅｔｂｒ２０ｅ
文章编号：６２３３（０７）３００ —６１７．０１２００ —２６０
福建金造桥混凝土面板堆石坝应力变形计算分析
林传光
（建省水利水电勘测设计研究院，福福建福州３００）５０１
水位６７５ｍ，１．０坝顶高程６１３ｍ。大坝建基面最低高程５００ｍ，大坝高ｌ１３ｍ，２．０１．０最１．０坝顶长３８１ｍ，６．０
上游坝坡ｌ１４下游坝坡每３ｍ设一马道，２０ｍ，：．，０宽．０马道间坡度ｌ１３。坝体设计的典型断面如图ｌ：．５

沥青混凝土面板堆石坝应力变形分析

沥青混凝土面板堆石坝应力变形分析宝泉抽水蓄能电站上水库主坝为沥青商品混凝土面板堆石坝，坝址地质条件复杂。

本文通过对该坝进行二维有限元计算，分析了坝体和面板的应力变形特性，重点是面板反弧段的变形，并提出了改善面板变形相应的工程措施。

1 前言宝泉抽水蓄能电站位于河南省新乡市辉县薄壁镇大王庙以上2.4km的峪河上，总装机容量为1200MW。

电站枢纽由上水库、下水库、输水系统、地下厂房洞室群和地面开关站等建筑物组成。

上水库主坝为沥青商品混凝土面板堆石坝，坝顶高程791.90m，最大坝高94.8m，坝顶长度600.37m，坝顶宽度10.0m。

正常蓄水位为789.60m。

上游沥青商品混凝土面板坡比为1∶1.7，厚20.20cm，面板下部设垫层和过渡层。

坝体主堆石区采用开挖灰岩填筑，次堆石区为库盆开挖石料。

主堆在坝轴线处以1∶0.2的边坡与次堆相接。

坝基设有4.00m厚的排水带。

坝下游坡比为1∶1.5。

库盆采用粘土铺盖全面防渗，典型断面见下图。

根据已经揭示的地质情况看，宝泉上水库主坝坝基覆盖层厚度不一，最深处可达26m，以第四系坡积、冲～洪积物为主。

尤其是坝体左岸覆盖层存在古冲沟和沟间洼地，内部充填洪积、崩积和坡积堆积层，间杂土质透镜体，结构复杂，含泥量较大，变形模量较低，可能对坝体尤其是面板的安全产生不利的影响。

覆盖层全部挖除成本太高，因此考虑将部分覆盖层保留；另外，为优化坝体材料，覆盖层上面的库底填渣采用库岸开挖石料，坝体次堆石采用库盆开挖石料逐层填筑。

本文通过二维有限元计算，模拟坝体的施工过程和蓄水过程，研究堆石体及沥青商品混凝土面板的力学特性，以分析减少覆盖层开挖量和优化坝体分区材料等对坝体尤其是对防渗面板变形的影响，进行安全评价。

2 计算模型及参数2.1 计算模型在本次计算中，沥青商品混凝土面板采用线弹性模型，坝基覆盖层料和各种坝体堆石料均采用邓肯－张E－B非线性弹性模型来描述。

在线弹性模型中，只需两个材料常数即可描述其应力应变关系：弹性模量E和泊松比v。

混凝土面板堆石坝面板变形特性分析

４）的概念，但分析中没有考虑压实特性。施工也会影响到大坝的变形，例如施工速度。已有的信息表明。堆石料在填筑之后仍会继续变形，因此人们会得出这样
的结论：施工速度较慢，产生的堆石体变形便较小。影响堆石５．０ｅｍ．下游坝体的水平位移增大到１６．７ｃｍ。可见水压力对坝
形观测设备。根据材料的压实特性，通过有效地调整断面，就
完全可以建成不再出现纵缝的堆石坝。
的模量值．表明碾压遍数可能是堆石料变形的最为主要的影响因素另外需要指出的是。大坝使用的堆石料属于块体花岗
由１６．７ｃｍ增加到１６．８ｅｍ，较一次性蓄水增加０．６％。正常蓄水期各条件下坝体的最大水平位移值见表２。
袭２正常蓄水期各条件下坝体最大位移计算值
过计算得到的。为了测得压缩层的变形，在压缩层上部布置有沉降位移传感器，顶部有压力传感器。对于人工计算模量的方法，戴维斯等人建议采用一个影响修正系数，但在其他计算中
Ｌ０ＷＣＡＲＢｏＮＷｏＲＬＤ２ｏｌ５，９
能源・水利
形状系数，并提出了一个窄河谷（Ａ／Ｈ２＜３．５）和宽河谷（Ａ，Ｈ２＞明显增大：一次性蓄水．上游坝体的水平位移最大值减小到

混凝土面板堆石坝的应力应变有限元法分析

混凝土面板堆石坝的应力应变有限元法分析摘要：通过采用有限元方法分析面板堆石坝的应力应变，可得出其分布规律，我们在设计过程中将不可避免地遇到一些问题，最后对面板堆石坝设计提出了一些建议。

关键词：堆石坝；应力应变；有限元分析1 概述1.1 面板堆石坝混凝土面板堆石坝是在堆石体上游坡设置混凝土薄板作为防渗体的堆石坝(简称面板坝)，是近年来发展较快的一种坝型，与常规的土石坝相比，它具有以下特点：可以充分利用当地材料，大量节省三材及投资；坝体结构简单，施工干扰少，便于机械化施工作业；施工受气候条件的影响小，年工作日数增加，可使工期缩短；运行安全，维修方便，导流简单，适应性广。

1.2 应力应变有限元(1) 有限元。

有限元是近似求解一般连续问题的数值方法，目前已运用于结构、热传导、电磁场、流体力学等连续问题的应力分析。

非线性问题的有限元分析是根据非线性应力应变关系，把他逐段地化为一系列线性问题，用迭代法求解，线性分析是非线性分析的基础。

非线性问题主要有两种：其一为由材料非线性特性引起的即材料非线性；其二为结构的大变形所引起的即几何非线性。

(2) 面板堆石坝的有限元分析。

面板堆石坝是一种新兴的坝型，在对其进行设计时，除了应进行稳定及渗流分析外，还必须分析其应力和变形。

坝体的沉降和面板的裂缝是面板堆石坝普遍存在的问题，如未对其进行应力和变形分析，恐怕难以正确估计沉降的大小及裂缝的开展。

同时，有了对面板堆石坝应力和变形的全面分析，也可更好地分析坝体的稳定性。

但长期以来，对面板堆石坝的应力和变形分析多数采用的是线弹性假定的阶段：计算沉降变形用分层总和法；分析应力用单位面积的岩石和面板的重量表示竖直正应力(或是用契性体的弹性理论公式)。

而实际上，岩石与混凝土并非线弹性的，岩石与混凝土的应力应变关系具有明显的非线性特性。

随着计算机的广泛应用及有限元法的进一步发展，对土石坝作非线性分析才成为现实。

目前，在土石坝中多采用的是增量法，即将全荷载分为若干级荷载增量，在每级荷载增量下，假定材料是线弹性的，从而解得位移、应变和应力的增量。

羊曲水电站混凝土面板堆石坝应力变形分析

羊曲水电站混凝土面板堆石坝应力变形分析羊曲水电站混凝土面板堆石坝应力变形分析摘要：羊曲水电站是一座重要的水利工程，堆石坝作为水电站的主要构筑物之一，其稳定性和安全性是工程设计中必须考虑的重要问题。

本文通过数值模拟的方法，对羊曲水电站混凝土面板堆石坝的应力变形进行了分析。

1. 引言羊曲水电站位于某省某市，是一座年发电量达到500万千瓦时的大型水利工程。

堆石坝作为水电站的主体结构之一，起到了水库蓄水和景观围护的双重功能。

然而，面板堆石坝在长期运行中可能会受到水力、温度等因素的影响，从而引起应力和变形的累积。

因此，深入研究羊曲水电站混凝土面板堆石坝的应力变形特性，对于确保工程的安全运行具有重要意义。

2. 羊曲水电站混凝土面板堆石坝的结构特点羊曲水电站混凝土面板堆石坝是一种由混凝土面板和砌石块组成的复合结构。

其中，混凝土面板为主要承力构件，用于抵御水压和地震力的作用。

砌石块则用于填充混凝土面板之间的空隙，增加结构的整体稳定性。

3. 羊曲水电站混凝土面板堆石坝应力变形分析3.1 坝体受水压力的应力分布混凝土面板堆石坝在运行过程中承受了来自水压力的作用。

通过数值模拟的方法，可以计算得到坝体内部的应力分布情况。

结果显示，水压力主要作用在混凝土面板和砌石块之间，使得混凝土面板受到较大的压力。

3.2 温度变化引起的应力变形近年来，气候变化引起的温度波动越来越明显，对堆石坝的应力和变形产生了较大的影响。

本文通过模拟不同温度下堆石坝的应力变形情况，发现温度的升高会导致面板的膨胀，而温度的降低则会使面板产生收缩。

这种应力变形会增加坝体的内部应力，对结构的稳定性带来威胁。

4. 对策建议为了保证羊曲水电站混凝土面板堆石坝的安全运行，需要采取一系列的对策和措施。

4.1 加强温度监测和预警针对温度变化引起的应力变形，应加强对堆石坝的温度监测和预警工作，及时发现异常情况并采取相应的补偿措施。

4.2 加强坝体检测和维护定期对堆石坝进行检测和维护工作，发现问题及时处理，防止潜在隐患对工程安全产生影响。

面板堆石坝变形应力计算分析

面板堆石坝变形应力计算分析作者：张鸥盛超来源：《科协论坛·下半月》2013年第07期摘要：结合某100m级面板堆石坝工程，采用三维非线性有限单元法对该面板坝进行数值计算，其中材料本构模型选用邓肯张E-B模型，模型参数由常规室内三轴试验成果整理得到，对计算结果进行分析，说明该面板堆石坝坝体及面板的应力变形情况。

关键词：有限元 E-B模型变形应力中图分类号：TV311 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）007-001-021 工程概况某水利工程100m级面板堆石坝，坝顶高程362.0m，河床趾板建基面高程248.0m，坝长292.0m，顶宽9.2m。

水库正常蓄水位355.0m，总库容23.4亿m3，为年调节水库。

坝体堆石从上游至下游依次为垫层区、过渡区、主堆石区1、主堆石区2、反滤层、下游堆石区及块石护坡。

主次堆石区分界线以坝轴线高程348.0m为起点，以1：0.5坡比向下游倾斜到高程282.0m。

主堆石区在坝轴线以上靠近面板部位及坝体下部高程266.0m～281.0m的河床中部布置透水性较强的料场堆石料，为主堆石区2；其余部位布置河床砂砾石料，为主堆石区1，具体分区见图1。

2 计算网格参照坝体的施工及蓄水过程进行三维模拟，以坝横m为X轴，以坝轴m为Z轴，竖直方向为Y轴，竖直方向坐标采用实际高程坐标，建立直角坐标系。

根据该面板坝基础开挖图、坝轴线横剖面图以及实际的坝料分区情况，面板中部沿坝轴线方向每隔12m取一个断面，靠近岸边部位分隔加密而建立几何模型，将整个坝体沿坝轴线划分35个断面。

整个面板坝被分为6188个单元，6812个结点。

坝体三维网格如图2所示，其中选取河床中间最大剖面0+110.0m为典型横剖面如图3所示，并比较分析其计算结果。

图2 三维有限元网格图3 典型剖面网格3 计算工况本次计算中，根据坝体实际填筑与蓄水过程进行仿真加载，考虑水荷载是在坝体填筑完成并达到稳定变形后进行，主要分析正常蓄水位工况坝体及面板的变形应力情况。

混凝土面板堆石坝静力分析

混凝土面板堆石坝静力分析苏丹【摘要】预估坝体的变形分布、面板应力和变形以及周边缝和垂直缝的张开量和压缩量等对于面板堆石坝的设计具有重要意义，它可为坝体堆石材料分区、断面进行优化、施工进度安排、运行性态预测提供理论依据。

目前多采用有限单元法进行面板堆石坝的应力应变计算和分析。

由于二维有限元计算不能提供周边缝和垂直缝等的变形情况，而这正是面板堆石坝设计中最为关心的难题．因此，本文对于面板堆石坝进行三维有限元计算。

所得结果与结论对于面板堆石坝抗震优化设计与分析具有一定的实际参考价值。

【期刊名称】《山东水利》【年(卷),期】2012(000)010【总页数】2页(P29-30)【关键词】面板堆石坝;有限元分析;应力;变形【作者】苏丹【作者单位】槐荫黄河河务局,山东济南250118【正文语种】中文【中图分类】TV641.4静力有限元分析可以得到坝体各部分的应力和应变数据，为面板堆石坝的静力分析提供依据。

有限元数值计算的核心是确定坝体的应力—应变关系，即本构关系。

坝体的本构关系受诸多因素影响，如成坝过程、颗粒组成、含水量、天然应力场、应力历史、密度、应力路径等，另外还与坝体的工作条件有关系。

要正确、全面地反映坝体的本构关系是十分困难的，只有通过对试验资料合理的模拟，建立出能够简单反映坝体主要特性的数学模型，才能获得更有价值的数据。

本文主要借助数值模型对渡口水电站工程面板堆石坝进行仿真数值模拟，以期得到有益的理论成果来指导工程设计。

1 应力应变有限元分析方法计算采用三维总应力有限元分析方法。

其中，堆石体静力计算模型采用Duncan E-B模型或沈珠江院士提出的南水双屈服面弹塑性模型，混凝土结构采用线弹性模型。

面板与垫层、趾板与地基、连接板与地基、防渗墙与地基之间采用无厚度接触面单元模拟接触特性。

趾板与连接板、连接板与防渗墙、面板与防浪墙间的接缝采用薄层单元模拟填缝材料的影响，缝中的木板采用线弹性模型模拟，木板两侧与混凝土接触用分离缝模拟。

刘家沟面板堆石坝坝体设计与运行期应力变形研究

刘家沟面板堆石坝坝体设计与运行期应力变形研究混凝土面板堆石坝由于具有方便施工、稳定性好、易于适应不同地形环境等优点,受到设计者的青睐。

混凝土面板堆石坝坝型是否适用取决于坝体变形控制,并且面板开裂和坝体渗漏等问题也制约混凝土面板堆石坝的推广。

面板和趾板的应力变形与坝体变形有着密切的关系,在考虑受变温荷载作用下,可能产生过大拉应力而导致开裂。

因此,研究温度应力造成面板开裂的可能性对面板坝的安全性是具有重要意义的。

本文以重庆巫溪刘家沟混凝土面板堆石坝为例,在进行坝址选择和坝体设计的基础上,采用有限元方法对运行期坝体应力变形进行了计算分析,研究了温度—应力耦合作用下坝体和面板的应力分布,并探讨了面板开裂的可能性。

论文的主要工作和成果如下:(1)对比分析了地形地质条件、水库综合利用对库容规模的要求、枢纽布置及成库条件等因素,提出了下坝址方案。

所选坝址在工程投资方面与上坝址方案接近,但在坝基坝肩岩溶水文地质条件、坝基坝肩防渗处理工程投资及可靠性、水库邻谷渗漏与成库条件等方面有明显优势。

(2)依据相关规范,对选定的下坝址方案进行了坝体设计,包括剖面设计、坝体分区和面板趾板设计等。

推荐坝型为混凝土面板碾压堆石坝,坝体材料从面板以下依次为垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区、特殊垫层区、下游堆石棱体,坝顶宽7m,坝轴线长258m,最大坝高84m,坝顶高程460m,上下游坝坡1:1.4。

(3)采用有限元分析软件ABAQUS对大坝运行期坝前水位和重力进行组合计算,分析了在各个工况下坝体和面板应力变形特征。

分析表明,正常高水位时沉降最大为4.77cm,水平位移最大为8.45cm;坝体大主应力在正常高水位时最大为1.65MPa;坝体小主应力在防洪限制水位时最小为-0.24MPa。

大主应力区没有出现拉应力区,各工况小主应力均能满足抗拉强度要求。

运行期面板沿坝坡方向主要承受压应力,但面板底部存在拉应力。

(4)采用温度—应力耦合计算方法,研究了大坝受气温、库水温和地温影响下的温度场分布和温度荷载作用下坝体和面板的应力分布。

混凝土面板堆石坝坝面变形分析和裂缝处理工艺

混凝土面板堆石坝坝面变形分析和裂缝处理工艺摘要：混凝土面板堆石坝面板混凝土由于自生特性和面板所处的环境及其工作条件的等原因，裂缝难以避免。

通过施工和蓄水等不同时段面板的受力、面板的变形分析，归纳裂缝产生的规律，并结合潘口、宝瓶河等水电站面板裂缝处理的实例，建议面板裂缝根据不同区域，不同形状区别处理，以满足面板的防渗要求。

关键词：混凝土面板裂缝变形处理一、混凝土面板堆石坝面板裂缝混凝土面板堆石坝因其使用当地材料筑坝，具有有效降低工程造价、对坝基地质要求不高、大坝稳定性好、不易溃坝的特点，近年来，广泛用作水利水电工程挡水建筑物。

混凝土面板堆石坝工程的面板一般都产生裂缝，这是与面板混凝土自生特性和面板所处的环境及其工作条件有关，根据裂缝的成因可以分为：⑴干缩裂缝，⑵减缩裂缝，⑶温度应力裂缝，⑷挠曲应力裂缝。

二、面板的荷载、面板的变形及裂缝产状混凝土面板是浇注铺设在堆石坝上游面垫层上的薄板，承受的荷载包括：⑴面板混凝土自重，⑵趾板对面板底部的支撑力，⑶坝体对面板的支撑力和摩擦力，⑷蓄水期面板上库水压力。

混凝土面板的厚度和质量比坝体小得多，但是其刚度却比坝体大的多，在上述荷载作用下面板必然发生挠曲，面板的部分区域产生拉应力。

有资料指出，随坝体的变形面板在施工期中下部是朝上游方向鼓出变形的，上部则是向下游收缩的；蓄水期在水压力的作用下，坝体与面板均朝下游方向变形。

施工期1／3坝高以下由于受两坝肩的约束较大，加之底部坝体变形朝向上游鼓出，致使面板中部呈朝向上游突出的变形状态；蓄水后，在较高的水头压力作用下，面板中部朝向下游变形，两侧面板由于受坝肩的约束，局部存在向上游变形的反翘现象。

施工期1／3坝高以上面板中部朝向下游收缩变形，两坝肩面板局部存在向上游变形的反翘现象；蓄水后，在水压力作用下整体朝向下游方向变形，面板在施工期和蓄水期所处的受力状态是完全不同的。

从众多的面板堆石坝面板开裂的实际统计情况来看，面板早期裂缝均为很细小的裂缝，而且很不稳定，一般经过1-2年后，也即坝体填筑到一定高度后，面板上的裂缝才基本上稳定下来，并且裂缝绝大多数集中分布在坝高2／3以下左右一带，呈水平状开裂，规律性较强。

深厚覆盖层地基混凝土面板堆石坝应力变形分析

深厚覆盖层地基混凝土面板堆石坝应力变形分析深厚覆盖层地基混凝土面板堆石坝应力变形分析一、引言混凝土面板堆石坝是一种广泛应用于水利工程中的大型水坝结构，以其简便的施工过程和较低的成本而受到广泛关注。

然而，在实际施工过程中，由于地质条件的不同，堆石坝在运行时可能会受到一定的应力和变形影响。

因此，对深厚覆盖层地基混凝土面板堆石坝的应力变形进行分析和研究，对于确保水坝的安全运行具有重要意义。

二、地质条件分析混凝土面板堆石坝的地质条件对其应力变形有着重要的影响。

通常情况下，堆石坝的地基土层分为深厚覆盖层和底基层。

深厚覆盖层通常是由砂泥岩、软黄土等松软土层组成，而底基层则通常为坚硬的岩石或者黏土。

在施工和运行过程中，深厚覆盖层地基土层与堆石坝之间的交互作用使得堆石坝受到了一定的应力和变形的影响。

三、应力分析1. 地基土的荷载传递在考虑堆石坝与地基土层之间相互作用的情况下，需要对地基土的荷载传递进行分析。

由于深厚覆盖层地基土层的特殊性，荷载传递过程中会出现不均匀沉降和变形现象。

这种不均匀沉降会导致深厚覆盖层地基土层与堆石坝之间出现应力差异。

2. 堆石坝的应力分布根据弹性力学的原理，堆石坝的应力分布可以通过施加应力平衡条件进行计算。

由于堆石坝的荷载分布较为复杂，因此通常采用有限元分析等方法对其应力分布进行模拟。

通过对堆石坝应力分布的分析可以得出其在不同工况下的最大应力值和应力分布规律。

四、变形分析1. 地基土的沉降和膨胀在运行过程中，地基土层的沉降和膨胀会导致堆石坝的变形。

由于堆石坝与地基土层之间存在一定的摩擦和粘结力，沉降和膨胀引起的变形会影响堆石坝的整体稳定性。

2. 堆石坝的变形控制为了保证堆石坝的安全运行，需要对其变形进行控制。

通常采用限制沉降、加固地基土层等措施来减小堆石坝的变形。

通过对堆石坝的变形进行分析，可以确定有效的变形控制方案。

五、实例分析以某深厚覆盖层地基混凝土面板堆石坝工程为例，进行应力变形分析。

面板堆石坝面板力学模型及应力分析

面板堆石坝面板力学模型及应力分析
余小孔，正中，铨鸿王刘
（北农林科技大学水利与建筑工程学院，西杨凌７２０）西陕１１０
摘要：板堆石坝面板裂缝问题一直是制约其发展的一个关键技术问题。相对于竣工期混凝土干缩和温度应面
第１７期
题，许多面板堆石坝在施工期和蓄水期或多或少地如出现了面板开裂现象。过去２０ａ来面板裂缝和压损
的对面板的剪切挤压力、面板自重等是造成面板后期呈规律性开裂的主要因素。所以，相对于竣工期混凝土干缩和温度应力造成的早期细小裂缝而言，蓄水期
在几座高坝中都有过报道。如中国天生桥一级
（７，１８ｍ）蓄水３ａ后，０３年７月，面板中部Ｌ２０在３和
Ｌ间出现垂直缝。巴西肯柏诺沃面板坝（０，４２２ｍ）在
坝体结构受力变形是造成面板裂缝的控制因素。
模型，力学角度根治面板裂缝问题，从具有重要的现实
意义。张国新推导了面板收缩后受堆石体及侧面先浇块约束时沿断面拉应力分布的解析解，出最大拉应求力断面位置及应力值与底面及侧面约束的关系。
定程度的闭合，同时坝体结构受力变形引起面板的

混凝土面板堆石坝三维非线性有限元应力变形分析.

混凝土面板堆石坝三维非线性有限元应力变形分析1 工程概况鲤鱼塘水库水库混凝土面板堆石坝工程最大坝高105m。

坝址河谷形态呈不对称“V”形，岸坡左陡右缓。

左岸坡坡角60°~70°;右岸地形稍缓，坡角为30°~50°。

部分地段分布有残、坡积物及崩塌堆积物。

河谷宽约50m，常水位水面宽度10~20 m，正常蓄水位时河谷宽度222~285m。

上下游坡面均为1:1.4，面板共设置21条垂直缝，分缝宽度12m。

坝址出露的地层为侏罗系中统千佛岩组(J2q)砂岩、粉砂岩及粉砂质泥岩，分别为坚硬、中等坚硬岩石及软岩。

岩层走向垂直于河流且倾向上游，为横向谷。

河床为冲、洪积漂石、卵砾石夹砂，松散，厚度0~3 m。

左岸基岩裸露，右岸除局部覆盖有1~5m的块石、碎石夹亚粘土外，大部分岸坡基岩裸露。

大坝主堆石区石料采用溢洪道等建筑物开挖料和坝址下游料场砂岩石料，岩性较坚硬;次堆石区石料部分采用砂岩、粉砂岩及粉砂质泥岩，其中泥岩所占比例较大，软化系数较低，岩性较为软弱。

坝体材料分区的基本剖面图如图1所示。

2 计算方法与参数在有限元计算中，混凝土面板堆石区采用Duncan-Change E-B非线性本构模刑模拟应力应变关系，计算参数见表1。

面板坝上游石渣护面、粘土铺盖均考虑为透水边界;设置了混凝土面板垂直缝和周边缝以反映变形的不连续性。

混凝土面板按照线弹性材料考虑，忽略混凝土的拉应力开裂效应。

坝体二维有限元模型的单元网格见图2。

二维单元剖分单元总数为6588，周边缝单元数为70，垂直缝单儿数253，节点总数为7420。

3 计算结果利用有限元分析软件ABAQUS中增加的Duncan-Chang模型，完成了混凝土面板堆石坝的二维非线性有限元应力应变分析。

ABAQUS中以拉应力为正，而土工计算中以压为正，所以在应力石图中对大主应力显示为小主应力，对小主应力显示为大主应力。

施工期间，坝体最大横断面沉降为1.00 m,位于约2/3坝高处，沉降量约为坝高的0.95%；相应上游坡面向上游水平位移为0.23 m, 下游坡面向下游水平位移为0.27 m。

面板堆石坝的面板数值仿真计算

n
Kur
φ0
nur
C
Rf
Kb
m
垫层
2.25
1,400 0.42 2200 49.0 0.38 0 0.85 750 0.20
过渡区
2.23
1,300 0.42 2100 49.0 0.38 0 0.85 740 0.20
主堆石
2.30
1,250 0.45 1950 53.0 0.40 0 0.90 600 0.40
基金项目（SLSDXY-QN2018-02）。
80
中国水运
坝基在竣工期和蓄水期的垂直沉降变形的分布规律。坝体及深覆盖层坝基竣工期和蓄水期的典型断面的垂直沉降等值线图分别如图 2、图 3，竖直向上为正。竣工期坝体及坝基的垂直沉降最大值为 0.77m，最大沉降值/坝高为 0.69%，位置约在坝体 47%；蓄水期坝体及坝基的垂直沉降最大值为 0.86m，最大沉降值/坝高为 0.77%，位置约在坝体 46%。在水荷载的作用下，坝体及坝基的沉降有所增加，但沉降的分布规律相似。这主要是由于趾板也坐落在深覆盖层上，在水压力的作用下，产生了较大的沉降变形。
0.33m。ADINA 二次开发程序计算的位移和应力结果符合模拟施工逐级加荷的计算规律。计算结果是可靠的，能够
进行实际堆石坝的应力变形分析。
关键词：ADINA 软件；堆石坝；数值计算；应力变形
中图分类号：TV698
文献标识码：A
文章编号：1006-7973（2019）05-0079-03
一、引言中国已建高混凝土面板堆石坝和在建的、拟建的高混凝土面板堆石坝，已经占全世界的 60%以上，并且我国在混凝土面板堆石坝坝高、工程规模和施工技术等方面都居世界前列 [1]。李炎隆等学者[2]在考虑温度荷载作用下，混凝土面板堆石坝的应力变形仿真计算与观测数据进行对比分析，结果基本一致。目前在土石坝渗流、闸阀仿真、边坡稳定计算、地下厂房和水工隧洞仿真等各个水工领域都有十分广泛的应用[3-6]。为满足工程和用户的需要，ADINA 提供了完善的二次开发功能[7]，允许用户灵活方便的自定义各种用户功能。本文针对建在深厚覆盖层上的面板堆石坝，主要研究坝体及面板的变形特性。依托某工程实例，构建一个有限元分析模型[8-9]，对深厚覆盖层上面板堆石坝的坝体及面板变形的变化规律进行研究。二、工程概况该坝坝址处大部分为厚度 44~48m 的覆盖层，其中表部水库淤积层厚约 2~4m，上部含碎石块石砂卵砾石层厚约 7~20m，中部砂卵砾石层厚 12~15m，是河床覆盖层的主体层，底部砂卵砾石层厚 5~10m。三、计算模型与工况对于堆石体和深覆盖层坝基采用应用时间较长、工程经验较多、实验数据易于收集的 Duncan E B 本构模型来模拟，对 ADINA 进行二次开发，对该深覆盖层上的面板堆石坝进行三维有限元应力变形计算与分析（图 1）。计算坐标系为笛卡尔坐标系，X 轴为坝轴线方向，由左岸指向右岸；Y 轴为顺河向，指向下游；Z 轴为高程，向上为正。堆石坝体以及深覆盖层地基主要采用八结点六面体等参单元来剖分，整个三维有限元模型共划分单元 70,191 个，

基于FLAC3D的混凝土面板堆石坝应力和变形分析

基于FLAC3D的混凝土面板堆石坝应力和变形分析混凝土面板堆石坝是目前坝工建设中最富竞争力和最具发展前景的坝型之一。

从国内外面板堆石坝的应用来看,早期的面板堆石坝设计主要以经验结合工程师的判断为主,系统性的科研工作不多。

近些年来,随着面板堆石坝筑坝技术的发展,其设计正逐渐从经验判断转向以理论分析和试验研究为指导的阶段。

对面板堆石坝而言,坝体的应力变形特性是关系到坝体安全和正常运行的一个重要问题。

在我国的面板堆石坝工程实践中,虽然取得了一定的成绩,但也有一些失败的教训。

沟后面板砂砾石坝的垮坝事件、株树桥面板堆石坝面板的塌陷以及天生桥面板堆石坝的大量结构性裂缝等问题都表明不可对面板堆石坝的应力变形问题掉以轻心。

近些年来,随着面板堆石坝坝高的不断增加、坝址地质条件的日趋复杂,工程中对面板堆石坝应力变形分析的理论和分析手段也提出了越来越高的要求。

对于高面板堆石坝,如何正确预测坝体在各种工况条件下的变形趋势,并在此基础上优化坝体的设计、确保面板受力的安全已成为面板堆石坝设计中的一个关健问题。

以往的面板堆石坝应力变形分析研究虽取得了一定的成果,但有关面板堆石坝应力变形特性方面的系统研究成果尚不多见。

针对这方面问题的全面系统研究,不但具有重要的学术意义,同时也具有重大的工程应用价值。

对混凝土面板堆石坝的施工和蓄水过程、面板和垫层间的接触效应进行了总结和探讨,并且基于FLAC3D采用了合理的模型和方法进行模拟。

以FLAC3D为开发平台,提出了Duncan-Chang E-B本构模型的二次开发思路和实现步骤,完成了相应模块的编程,并且依据常规三轴试验数据和Duncan-Chang本构模型理论解对开发的程序进行了一系列严格验证。

结果证明开发是成功的,开发的程序具有高效率、高精度、源代码简洁等优点,修改维护非常方便。

将开发的程序成功应用于某混凝土面板堆石坝应力变位数值分析,显示了程序解决实际工程问题的能力。

面板堆石坝应力应变分析_王立成

图 2 计算网格图
坝体堆石料采用邓肯 -张(E -B)模型 , 计算参数如表 1 所示。
表 1 坝体邓肯 -张模型(E -B)参数
土料
γ(kN·m -3) 浮容重 (kN·m -3) C (kN·m -2) Υ0 (°) Δ Υ(°) K
Rf
Kb
K ur
n
m
主堆石区
21.26
11.0
0
50.2
MPa
满槽水深
上缘 σsmin
3.418 3.168 6.318 [ 0 , 18.75]
下缘 σxmin
10.386 11.545 4.460 [ -1.86 , 18.75]
截面
bm
边墙底部
0.6
中墙底部
0.7
底板截面变化处
0.4
底板支点
0.4
允许值
—
表 3 横向侧墙及底板主拉、压应力验算结果表
hm
Vs kN
τMPa
8.3
422
0.418
8.3
434
0.365
1.1
593
1.511
1.3
775
2.255
—
—
—
σx MPa 4.705 4.728 6.214 5.372
—
σtp MP a -0.037 -0.028 -0.348 -0.821 ≥-2.338
σcp MPa 4.742 4.756 6.562 6.193 ≤19.2
Et
=KPa
(σ3 Pa
)n (1
-R
f
S
L)2
式中 Rf ———土体的破坏比 ;
SL ———土体单元的应力水平 ;

两种模型对面板堆石坝应力及变型分析对比

展的一个关键问题。
该工程是以发电为主，兼顾提高下游水电站大坝防洪标准的作用。电站建成后还具有增加可调水量，提高供水保证率，
改善库区通航条件等综合利用效益。
该水电站正常蓄水位３５０，水库总库容５．０Ｉｎ２．８亿ｉ，３３ｎ具有年调节性能。大坝最大坝高１４０ｍ，。１．电站装机２台，总装机容量５０ＭＷ。本工程属一等大（）０１型工程，主要建筑物大坝为１建筑物，常运用洪水重现期为级正１０，常运用洪水重现期为１ａ００ａ非万。
工程枢纽主要由混凝土面板堆石坝、坝变形和稳定的计算中，为前提条件的物理、作力学参数选取准确与否，对数值计算的结果有着十分重要的影响。但在具体的工程实际中，一方面由于所要分析的坝料性态十分复杂，带有其固有的不确定性；并另一方面也由于坝料参数的确定还受到材料的物理性质、荷载大小、载方加式及应力历史等各种因素的综合影响，以，所其参数的重要性及其难以确定性成为一对共存的矛盾体，成为工程计算分
出口接挑流鼻坎。引水发电系统采用单机单洞引水方式，装两台单机容量为２０ＭＷ混流式水轮发电机组。安装场布置在主机问左５端。开关站紧邻面板坝下游右岸坡脚布置。
的填筑料物理力学参数成果，通过三维有限元拟静力法和动
力分析计算，分析大坝各工况的坝坡稳定性，析坝体应力分

面板堆石坝变形应力计算分析

２４｝０．１５０ｌ
一
Ｄ
２１０００
５计算结果分析
５．１坝体变形
６结论
本文对某１００ｍ级面板堆石坝进行三维有限元分析，材料
本构模型采用邓肯张Ｅ．Ｂ模型，参数米源于室内三轴试验成
果，计算得到结论如下：（１）坝体最大沉降５８．６０ｃｍ，占坝高约０．５１，发生约１／２坝高处：水平位移总体表现为向下游方向，极值为３６．６０ｃｍ，发生在下游堆石区内；水库莆水后，面板中问绝火部
ｌ９８８．
【２］顾淦臣，黄金明．．混凝土面板堆石坝的堆石本构模型与应
力应变分析【Ｊ】．水利水电发电学报，Ｉ９９１（１）．【３】钱家欢，殷宗泽．土工原理与计算（第二版）【Ｍ】．北京：水利水
电出版社，２００３．
图４典型剖面水平位移分布图（ｃｍ）
分区域为受压状态，仅在面板端部及两岸存在局部拉应力区；
面板法向最大挠度为２０．２０ｃｍ。
（２）总体分析，计算得到的大坝各项变形应力分布合理，符
合工程经验；大坝各项变形应力极值本控制在设计范之
图４与图５为坝体典型剖面变形分布图，由图得到，坝体Ｅ — Ｂ模型参数由该坝体对应区域堆石材料的常规三轴试验数最大沉降５８．６０ｃｍ，占坝高１１４．０ｍ约０．５ｌ％，发生约ｌ／２据整理得到，如表１所示。另外，面板与垫层间、面板接缝均坝高处：水平向上游位移为２．７０ｃｍ，向下游位移最火值达到设置接触面软单元。３６．６０ｃｍ，发生在下游堆石区内。图６与图７为面板应力分布表１筑坝材料Ｅ．Ｂ模型参数图，图中显示，水库莆水后，面板绝大部分区域为受艋状态，而

面板堆石坝坝身溢洪道应力变形及安全稳定分析

泄水工况
项目
大主应力
铅直向应力
数值
位置
数值
位置
－５３３
堰顶底部堆石处
－５３３
堰顶底部堆石处
１０９
１５３
－３３１
－１６０
泄槽Ⅰ中段底部堆石处
面板底板交界
泄槽Ⅰ中段底板处
泄槽Ⅰ中段底板处
１１０
１５５
－３４０
－１６０
泄槽Ⅰ中段底部堆石处
面板底板交界
泄槽Ⅰ中段底板处
流鼻坎以下为Ｃ１５混凝土基础ꎮ 溢洪道结构如图１
榆树沟水库ＣＦＲＤ工程、浙江丽水大弈坑面板堆
石坝 [７] 、新疆保尔德面板堆石坝 [８] 、桐柏抽水蓄
能电站面板堆石坝 [９] 等ꎮ 坝身溢洪道修建在以松散
介质为材料、人工碾压填筑的堆石体上ꎬ 同时又经
３计算模型及参数
经抗剪断摩擦公式计算ꎬ 在未考虑钢筋的锚固
多ꎬ 有Ⅰ 类横缝、 Ⅰ 类纵缝、 Ⅱ 类横缝和 Ⅱ 类纵
力时ꎬ 泄槽Ⅰ段底板抗滑稳定安全系数均小于１ꎬ
６０４ｍꎬ 属于中低坝ꎬ 而溢洪道修建在坝体左岸堆
坡度较陡ꎬ 矩形底板不易稳定ꎬ 在实际施工中要采
缝ꎬ 如图４所示ꎮ 整个面板堆石坝最大坝高为
１９５ｍꎬ 坝体上下游边坡均为１∶ １４ꎬ 下游坝面设置
溢洪道作为水库防洪设施ꎬ 在泄洪时起着保护
１级马道ꎮ 坝顶溢洪道布置于面板堆石坝上ꎬ 位于
大坝安全的重要作用ꎬ 一旦失事ꎬ 后果十分严
重
[１]
ꎮ 比如最近发生的美国奥罗维尔( Ｏｒｏｖｉｌｌｅ) 大

面板堆石坝应力变形分析

维普资讯
第３卷第２期３
２０年２月０７
水力发电
文章编号：５９９４（０７０ — ０５００５ — ３２２０）２０５ — ２
面板堆石坝应力变形分析
王钰琳，蔚然喻
（．山东核电有限公司，１山东烟台２４０；．６００２江西省水利科学研究院，江西南昌３０２）３０９
２ＪｎｘＰｏｉｃｌｔｒｃｎｅＲｓａｃｓｔｅＮｅａｇＪｎｘ３０２）．ｉｇｉｒｖｎｉｅｉｃｅｅｈＩｔｕ，ａｈｎａｇｉ３０９ａａＷａＳｅｒｎｉｔｎｉ
Ｋｅｏｄ：ＦｙＷｒｓＣＲＤ；ｏ．ｎａｎｔｌｍｅｔｔｏ；ｔｓｅｏｍａｉｎＤａｓｒｏｒｎｎ１ｅｆｉｅｅｎｌｉｒｉｅｍｅｌｓｒｓｄｆｒｔ；ａｏＲｅｅｖｉｄｅｏＡｂｔａｔＴｉｐｐｒｓＳｄｕｌｉｌｕｆｃｌｓｉ－ｌｓｉｄｌｏｃｃｌｔｅｄｆｒｔｎｄｓｒｓｅｎｔｅＣＲＤｓｒｃ：ｈｓａｅｅｏｂｅｙｅｄｓｒａｅｅａｔｐａｔｍｏｅａｕａｅｔｅｏｍａｉｓａｔｓｓＦＵｃｃｔｌｈｏｎｅｏｈｏａｅｅｏｒａｄｇｉｓｔｅｄｆｒｔｎａｄｓｒｓｗｆａｂｄｉｃｓｃｎｔｃｉｎｃｍｐｅｉｎＮｏｌＳｒｏｒｆＤａｏｒｓｒｉｎａｎｅｏｍａｉｎｔｓａｓｏｍｏｙｓｎｅｉｏｓｒｔｏｌｔ．ｖｈｏｅｌｄｔｕｏｏｗｔｅｌｅｉｌ￣ｖｈｓｅｎｏｅ￣ｏｒｅｅｓｙａｓａｄａｃｍｕａｅｃｕａｕｅａａＴｋｎｅｓｔｅｎｓｅａｐｅｔｅｃｃｌｔｎａｅｐｒｄｆｖｒ］ｅｒｃｕｌｔｄａｔａｍｅｓｒｄｄｔ．ａｉｇｔｔｍｅｔｘｂｏｓｎｌｈｅｌａｍｌ，ａｕａｉｈｌｏｒｓｌｉｃｏｌａｔａａｕｅｅｕｔｗｈｃｈｗｌａｃｌｔｎｒｓｌａｅｅｔｔｅａｔａｐｒｔｎｓｕｔｎｅｕｔＳｌｓｔｔｅｃｕｍｅｒｄｒｓＩｅｏｌｌｓ，ｉｈｓｏｓｔｅｃｕａｏｅｕｔＣｒｆｃｌｃｕｏｅａｏｉａｉ．ｌｌｉｓｎｌｌｌｉｔｏＴｅｆｒ，ｓｇｔｅｅｃｌｔｎｒｓｌｔｎｌｚｌａｃｎｉｏｓｉｆａｉｌｈｒｏｅｕｉｌａｕｉｅｕｔｏａａｙｅｔｅｄｅｎｌｌａｏｓｌｍｏｄｔｎＳｅｓ￣ｉｂ

混凝土面板坝竣工期坝体变形分析

混凝土面板坝竣工期坝体变形分析混凝土面板坝是一种常见的大型水利水电工程，它能够起到防洪抗震、供水调节、发电等多种作用。

该工程建设周期长，过程繁琐，需要考虑各种环境因素的影响，以确保建成后能够正常运行。

在混凝土面板坝竣工前，需要进行坝体变形分析，以确保该结构能够承受各种力和水位的冲击，保证其安全稳定运行。

一、坝体应力分析混凝土面板坝由水侧面板、坝顶板、岸坡和底板组成，即使在无水负载条件下，坝体也会受到重力和自重的作用，因此需要对其应力进行分析。

通过计算坝体内力和变形，可以在保证坝体结构稳定的条件下，控制坝体内应力。

混凝土面板坝在施工期间，并不是一次性浇筑完成，而是采用分块灌浆的方式进行。

由于混凝土的性质，当坝体温度发生变化时，会产生不同程度的应力和变形。

因此需要对温度应力进行分析，以保证坝体稳定并避免出现裂缝等破坏。

三、坝体重心偏移分析随着坝体高度的不断增加，坝体的重心位置也会发生改变。

因此需要进行坝体重心偏移分析，以保证坝体的稳定。

通过对坝体内应力、形变以及受力情况的计算和分析，可以准确确定坝体的重心位置及其偏移量。

混凝土面板坝在运行中，由于受到各种外力以及水位变化的影响，会产生不同程度的变形。

为保证运行的稳定性，需要进行坝体变形分析。

通过对坝体各部位的形变及承载情况进行分析，可以及时发现坝体变形情况并采取相应的措施进行修复和加固。

总之，混凝土面板坝竣工期坝体变形分析是保证工程质量的重要环节。

在施工过程中，应严格按照相关规范进行操作，并及时对坝体进行检测和评估，确保坝体能够安全稳定地运行，发挥出其应有的效益。