基于邓肯E-B模型的面板堆石坝应力变形分析——以毛家河水库面板堆
基于ABAQUS 的某土石坝应力应变计算分析
1引言改革开放以来，我国土石坝的发展如雨后春笋，土石坝施工已经从坝高200m级向300m级跨越。
随着邓肯张模型、南水双屈服面模型、沈珠江模型等土体本构模型的研究深入和有限元仿真软件（如ABAQUS、ANSYS、ANDIA）的开发，为土石坝的建造创造了坚实的理论基础[1]。
近些年，国内学者针对土石坝的开展了大量的研究：陈平川等[2]研究了坝体优化设计与渗流分析，刘倬昀等[3]土石坝的坝料分区优化进行了研究，赵通阳[4]分析了垫层厚度对混凝土面板的影响，顾淦臣等[5]对面板堆石坝的堆石本构模型与应力变形进行了研究，丁琳琳[6]对深埋覆层上土石坝进行分析研究，廖敏[7]对堆石坝的材料分区进行了研究。
以上研究大都均是采用有限元软件对土石坝的应力应变进行分析，取得了较好的研究成果，具有重要的实践意义。
本文基于以上研究，采用ABAQUS软件采用Duncan E-B模型对某土石坝进行应力应变分析。
2理论公式土石坝坝壳料具有非线性，需要与之适应的本构模型进行模拟。
例如，Duncan E-模型、Duncan E-B模型、清华K-G 模型，南水双曲线模型等均能良好的模拟坝体变形，目前应用最多的是Duncan E-B模型[8]，故本文二次开发Duncan E-B模型，对某土石坝进行模拟。
Duncan E-B模型是在E-v模型进行了一定的完善，E-v模型中的切线泊松比v t被切线体模量B t代替并进行计算，表达式如下：B t=ΔσmΔEV=13Δσ1ΔEV=K b P aσ3Pa()m(1)式中，σ为应力，P a为大气压强，K b和m为常数，无量纲。
3应力应变分析本文选取廖敏和赵通阳案例中计算的均质堆石坝进行模拟，模拟过程中坝体采用分级填筑。
堆石坝的最大坝高100m，坝宽8m，正常水深假设为90m，上游和下游坡角为30°，堆石料的密度为2000Kg/m3，坝体横断面可参考文献，本文不再赘述，坝体材料计算参数如表1所示。
基于蛙跳优化算法的土石坝邓肯-张 E-B 模型参数反演
基于蛙跳优化算法的土石坝邓肯-张 E-B 模型参数反演王琛涛【摘要】邓肯-张 E-B 模型常用来刻画土石坝本构关系，对其参数进行准确估计是实现土石坝应力应变分析的前提。
本文针对工程中通过三轴试验确定其参数所存在的不足，着重阐释了群智能蛙跳优化算法在反演土石坝邓肯-张 E-B 模型参数中的应用，结合实测资料，通过正分析，证明了蛙跳优化算法在 E-B 模型参数反演中的合理性，以期为其他工程提供借鉴。
%Duncan-Zhang E-B model is usually used for depicting the constitutive relation of earth and rockfill dam. Accurately estimating the parameters is the precondition for realizing earth and rockfill dam stress and strain analysis.In the paper,the application of swarm intelligence leapfrog optimization algorithm in inversion earth and rockfill dam Duncan-Zhang E-B model parameter is mainly described aiming at the defect of determining the parameter through triaxial test in the project.Survey data is combined.The rationality of leapfrog optimization algorithm in E-B model parameter inversion is proved through positive analysis,thereby providing reference for other projects.【期刊名称】《中国水能及电气化》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】3页(P51-53)【关键词】土石坝;蛙跳优化算法;邓肯-张模型;参数反演【作者】王琛涛【作者单位】新疆水利水电勘测设计研究院地质勘察研究所，新疆乌鲁木齐833091【正文语种】中文【中图分类】TV16土石坝筑坝材料具有多样性与复杂性，物理力学参数具有高度非线性特征，对其进行准确估计是分析土石坝应力应变的首要工作。
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。
深覆盖层对面板堆石坝的应力应变的影响
1．引言
随着我国面板堆石坝建设筑坝技术的发展，据不完全统计，至 2005 年我国已建在建 100m以上面板坝工程已接近 40 座， 且不少面板坝坐落在深厚覆盖层上， 如新疆察汗乌苏坝， 甘肃九甸霞坝等[1]，因此覆盖层对于面板堆石坝的影响也引起了众多学者的关注和研究[2]。 对于坐落在砂砾石覆盖层上的面板堆石坝，其地基处理一般采用以下三种方式[3]：（1） 将覆盖层全部挖除；（2）将趾板开挖后置于基岩上，而坝体建于砂砾石层上；（3）将趾板 置于砂砾石层上，并采用混凝土防渗墙处理地基。三种方式各有优缺点，第一种方式适合地 基覆盖层比较浅的时候，第二种方式目前最为常用，如西北口、乌鲁瓦提、珊溪和黑泉等。 第三种方式在覆盖层比较深厚的时候考虑比较有效，如智利的圣塔约纳（坝高 67m，覆盖层 厚 35m）、帕科拉罗（坝高 83m，覆盖层厚 113m）。 本文通过覆盖层采用第一种处理方式和第二种处理方式对面板堆石坝进行二维非线性 有限元应力应变分析， 结合某具体工程， 给出了不同处理方式对于面板堆石坝的应力应变影 响。
-4-
值线图。可知覆盖层完全开挖能改善坝体变形和应力。主要集中在覆盖层区域，垂直位移最 大差值 16.5cm，水平位移向下游最大差值 6.6cm，向上游最大差值 3.8cm；应力差值最大不 超过 0.24Mpa。
2850
-1.1
2800
-2.6
2750
2700
0.05 0.08 0.11
-0.02
0.02
-0.21
-0.05 -0.08 -0.11 -0.15 -0.18 -0.24 -0.21
-0.18
图8
2850
满蓄期覆盖层第一和第二种处理方式坝体第一主应力差值（单位：Mpa）
石头峡面板堆石坝应力变形分析
石头峡面板堆石坝应力变形分析
王开拓;罗永全
【期刊名称】《中国水能及电气化》
【年(卷),期】2017(000)001
【摘要】本文运用单元生死、荷载步、荷载子步的联合设置,采用分级加载来模拟面板堆石坝逐层填筑的施工过程,对青海省石头峡水电站面板堆石坝进行仿真模拟分析,得到了坝体在竣工期、一期蓄水期与运行期的应力变形特性.结果表明,坝体应力变形满足安全要求,对石头峡面板堆石坝的后期建设和坝体内部观测具有一定的参考价值.
【总页数】6页(P43-48)
【作者】王开拓;罗永全
【作者单位】青海民族大学,青海西宁 810007;青海引大济湟水电建设有限公司,青海西宁 810000
【正文语种】中文
【中图分类】TV641.43
【相关文献】
1.基于邓肯E-B模型的面板堆石坝应力变形分析——以毛家河水库面板堆石坝为例 [J], 余华
2.积石峡面板堆石坝应力变形分析 [J], 洪镝;刘超;张嘎
3.九甸峡混凝土面板堆石坝应力变形分析 [J], 徐泽平;王志强;吕生玺
4.面板堆石坝面板竖缝特性对面板应力变形影响分析 [J], 胡耘;张嘎;程嵩;张建民
5.积石峡面板堆石坝应力变形非线性有限元分析 [J], 田艳;王瑞骏;吕海东
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西龙池下库沥青混凝土面板堆石坝的应力变形分析
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比， 破坏应力 （ 由摩尔 A 库仑准则确定。对于堆石料， 常采用非 / ! ! 0 为应力水平， !A ?） ! 线性强度关系， 即$@ ・ （ ／ 。 $ ! $ / ! % 2 BA ? 3） ! " ! # $ % ’ % (模型 & ［ ］ 沥青混凝土是一种粘弹性材料， C + 4 6 4 8模型可以用来描述其应力应变关系 " 。C + 4 D % 6 4 8模型的松弛模量可以写成指数形式 % ( ( & % & % （ ! " * 7 7 " )! $)" %） 其中， 由%@ % 是等效时间，
摘 要：西龙池抽水蓄能电站下库大坝为沥青混凝土面板堆石坝， 坝址地质地形条件复杂。
本文采用沈珠江双屈服面模型和 % & ’ ) ’ *粘弹性模型分别模拟堆石材料和沥青混凝土材料的 ( 应力应变关系， 对该坝进行二维及三维应力变形有限元分析。计算结果较合理地揭示该坝在 施工和蓄水过程中的受力和变形性状。本文对面板计算参数进行了敏感性分析， 重点研究覆 盖层不均匀沉降对面板变形的影响， 并对改善面板变形情况的工程措施进行了模拟计算和可 行性分析。 关键词：沥青混凝土面板堆石坝； 应力变形分析； 有限元； 沈珠江双屈服面模型； 粘弹性模型 中图分类号：+ , $ ! . $ 文献标识码：/
坝面溢流式面板堆石坝有限元计算与分析
ｌ 阐 百 从２ ０世纪 ６ Ｏ年代 开 始 ， 板 坝 的施 工 技术 面
得到 了突飞猛 进 的发展 ， 其是 面 板 坝 的振 动碾 尤 压技术得 到 了很 大 的改进 。从 而使 坝体 沉降变形
大体可 分为 非线性 模 型和 弹塑性 模 型两 大类 。非
线 性模 型 以 Ｅ ～Ｂ模型 为代 表 ， 该模 型 使 用简 便 ， 参 数确 定简 单 ， 在 参 数 确 定 方 面积 累 了较 为 成 且 熟 的 经 验 ， 以非 线 性 模 型 目前 应 用 较 为广 泛 。 所
（ ７ ）
大 坝 工 程 特 性 参 数 ： 坝 正 常 蓄 水 位 为 大 ２５ ０ ０ Ｉ死水 位 为 ２５ ７ ０ ｆ 最 大 工 作水 ８ ． ０１ ， Ｔ ７ ． ０ｒ， ｌ 深 为 ３ ０ ｌ总库 容 为 ６ ４ ５ ． ０ｒ ， ｆ ９ ． ０万 ｍ。 死 库 容 为 ，
式 中 ， 为材料 的切 线 模 量 ， 为材 料 的 体 积模 Ｅ Ｂ
量 。其表达 式 为 ：
Ｅ ＝ Ｅｆ １～ Ｒ ， ） （ Ｓｆ。 Ｂ ： Ｋ （ ） Ｐ。
ｒ ｄ
（） ２ （） ３
２ 计算 原理
２ １ 材 料的本构模 型 ．
式 中 ， ， 为 材 料 的试 验 参数 ， 为 标 准 大 气 Ｋ
实 际切线 弹性 模量 Ｅ ： 当Ｓ Ｓ≥ ｓ 时 ， 加荷 ， Ｅ ＝ Ｅ ； Ｓ 为 取 ｔ 当Ｓ Ｓ≤ ０ ７ Ｓ 时 ， 卸荷 ， Ｅ ．５ Ｓ 为 取 一 Ｅ ； 当 Ｓ ＞ Ｓ Ｓ Ｓ＞ ０ ７ Ｓ 时 ， 加荷 ， ．５ Ｓ 为 按下 式
Ｒ， 为破坏 比 ， 定 义为破 坏时 的 主应 力 差与 主应 其
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堆石体邓肯-张E-B模型反演参数的敏感性分析
第1卷第"# 2018年4月水利科学与寒区工程Hydro Science and Cold Zone EngineeringV o l. 1, N o. 4A p r. !2018堆石体邓肯-张E-B模型反演参数的敏感性分析秦瑞涂小龙2!李烈3(1.三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌443002; 2.湖北省水利水电规划勘测设计院,湖北武汉430000; 3.广西水利电力职业技术学院，广西南宁530023)摘要：邓肯-张E-B模型是一种用于堆石坝应力分析计算的非线性弹性模型。
笔者对猴子岩面板堆石坝建立了三维有限元模型，结合正交试验法，分析出了模型中各参数对于堆石坝竖直沉降和水平位移的敏感性，试验结果为邓肯-张E-B模型中对竖直沉降位移敏感显著的参数为抑、尺6和尺，其他参数敏感性不强；对水平位移敏感性显著的参数为抑％瓜、心％™和》，其他参数不敏感。
关键词：邓肯-张E-B模型；敏感性分析；正交试验法；堆石坝中图分类号：T V641. 4; 0241.82 文献标志码：A文章编号：2096-5419(2018)04-0008-071邓肯-张E-B模型1980年，邓肯等人就提出邓肯-张E-B模型,另外引入切线体积模量代替切线泊松比，即：B b=K〇⑴式中：#为体积模量指数，为标准大气压，Pa; ff3为土的三轴试验参数之一；为体积模量系数1。
切线体积模量B,与弹性模量和切线泊松比i b之间可以相互转化，表达式为：当堆石体卸荷时，弹性模量采用卸载-再加载 模量,表达式为：%K u rp a"M)n⑶式中：为卸载-再加载模量系数，.为卸载-再加载模量指数。
在有限元计算中，当(！一！）<(!—!)0,且 S<S。
时，弹性模量采用@>,反之则用瓦。
S。
为曾经达到的最大应力水平，（！一!3)0为曾经达到 的最大偏应力[2]。
由此可知，邓肯-张E-B模型共有K、n、尺,、怀、~、c、K'、#、K>等9个材料常数，上述9个可根据常规三轴压缩试验取得。
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 ;
基于COMSOL Multiphysics的高面板堆石坝应
基于COMSOL Multiphysics的高面板堆石坝应力变形分析邓七生(鄱阳县水利局 江西上饶 333100)摘要：为了研究100 m以上高面板堆石坝的应力和变形特性，该文采用Duncan-Zhang E-B非线性弹性双曲线模型，采用有限元软件COMSOL Multiphysics建立模型，利用MATLAB函数进行二次开发，对盘石头水库混凝土面板堆石坝的应力和变形进行了分析。
通过分析，获得了混凝土面板堆石坝在竣工期、正常蓄水条件、设计洪水位条件和校核洪水位条件下的应力和变形特征，为100 m以上高混凝土面板堆石坝的施工和运行提供了理论指导。
关键词：高面板堆石坝 应力 变形分析 COMSOL Multiphysics中图分类号：TV641.4文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2022)12(b)-0089-04Stress and Deformation Analysis of High Concrete Face Rockfill Dam Based on COMSOL MultiphysicsDENG Qisheng(Poyang County Water Conservancy Bureau, Shangrao, Jiangxi Province, 333100 China) Abstract:In order to study the stress and deformation characteristics of a face rockfill dam with a height of more than 100 m, the Duncan-Zhang E-B nonlinear elastic hyperbolic model was adopted in this paper. The finite ele‐ment software COMSOL Multiphysics is used to establish the model, and the MATLAB function is used for sec‐ondary development. The stress and deformation of the concrete face rockfill dam of Panshitou Reservoir are ana‐lyzed. Through the analysis, the stress and deformation characteristics of concrete face rockfill dam during the completion period, under normal water storage conditions, design flood level conditions and check flood level con‐ditions are obtained, which provides theoretical guidance for the construction and operation of concrete face rockfill dam with a height of more than 100 m.Key Words: High concrete face rockfill dam; Stress; Deformation analysis; COMSOL Multiphysics混凝土面板堆石坝因其对环境适应性强、施工方便、造价相对较低、抗震性能好等优点，在世界范围内得到广泛应用。
两种模型对面板堆石坝应力及变型分析对比
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 ３ ５ ０ ，水 库 总 库 容 ５ ．０Ｉ ｎ ２ ．８亿 ｉ ， ３３ ｎ 具有年调节性 能。大坝最 大坝高 １４ ０ｍ， 。 １． 电站 装 机 ２台 ， 总装 机容 量５ ０ＭＷ。本 工程 属 一等 大 （ ） ０ １ 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１ ａ ０ ０ａ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
２ ４ ｝ ０ ． １ ５ ０ ｌ
一
Ｄ
２ １ ０ ０ ０
５计 算 结 果 分 析
５ ． １ 坝 体 变形
６结 论
本文对 某 １ ０ ０ ｍ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 ５ ８ ． ６ ０ ｃ ｍ， 占坝高约 ０ ． ５ １ ， 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 ３ ６ ． ６ ０ ｃ ｍ， 发 生在下游堆石区 内； 水库莆 水后 ， 面板 中问绝火部
ｌ ９ ８ ８ ．
【 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， Ｉ ９ ９ １ （ 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 ， ２ ０ ０ ３ ．
图 ４ 典 型 剖 面 水 平位 移 分 布 图 （ ｃ ｍ）
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 ２ ０ ． ２ ０ ｃ ｍ。
（ 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 ５ ８ ． ６ ０ ｃ ｍ， 占坝 高 １ １ ４ ． ０ ｍ约 ０ ． ５ ｌ ％， 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 ． ７ ０ ｃ ｍ，向下游位移最火值达到 设置接触面软 单元 。 ３ ６ ． ６ ０ ｃ ｍ， 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
基于正交试验法的邓肯-张E-B模型参数敏感性分析研究
角、初始弹性模量基数对坝体竖向位移的敏感性相对较大；初始内摩擦角、初始弹性模量基数、破坏比对坝体向
上游水平位移的敏感性相对较大；初始体积模量基数、初始内摩擦角、初始弹性模量基数对坝体向下游水平位移
的敏感性相对较大；模型参数取值对向上游水平位移的影响最为显著；体积模量指数、摩擦角中的减少值、弹性
模量指数对坝体变形计算结果的影响相对较小。本文的研究方法及成果可以为面板堆石坝邓肯-张 E-B 模型参数
材料在卸荷状态下的弹性模量为：
( ) Eur = Kur pa σ3
p nur a
（4）
式中：Kur、nur 分别为卸荷再加荷时的弹性模量基数和弹性模量指数。 此外，根据粗粒料的摩尔包线具有明显的非线性，内摩擦角φ随围压σ3 大小而变，故内摩擦角
采用下式计算：
( ) φ = φ0 - Δφ lg σ3 pa
展 专 项 资 金 特 色 重 点 学 科 项 目 资 助（1 0 6- 5 X 1 2 0 5）； 陕 西 省 重 点 学 科 建 设 专 项 资 金 资 助 项 目（1 0 6- 0 0X 9 0 3 0） 作 者 简 介 ： 李 炎 隆（1980-）， 男 ， 山 东 莱 州 人 ， 博 士 ， 讲 师 ， 主 要 从 事 水 工 结 构 数 值 仿 真 研 究 。 E - m ail： lylong2356@
（2）确定试验因素和因素水平。堆石料是散粒体材料，其黏聚力按 0 考虑，并且在坝体填筑和蓄
水过程中堆石料均处于加荷状态，其模型参数中的卸荷模量基数和卸荷模量指数均不参与计算，因 此，选择模型中的φ0、Δφ、Rf、K、n、Kb、m 总共 7 个参数进行敏感性分析。本文以 3BⅠ区堆石料作 为敏感性分析的研究对象，以室内试验参数为基础，在敏感性分析中每个计算参数按正负 20%的增
Autobank软件在面板堆石坝应力应变计算中的应用
Autobank软件在面板堆石坝应力应变计算中的应用摘要：混凝土面板坝应用广泛，筑坝材料主要有混凝土面板、堆石等。
堆石材料的应力——应变为非线性关系。
通过auobank建立二维有限元模型，较好的计算了坝体的应力和应变，为水利水电工程技术人员计算分析中低型面板堆石坝的应力应变提供了极大的便利。
关键词：面板堆石坝有限元应力应变1.前言面板堆石坝是我国应用十分广泛的一种坝型，应力应变是面板堆石坝研究的一个重要课题。
据调查统计，面板堆石坝的应力变形破坏占据较大的比例。
随着有限元技术的成熟，有限元法成为了面板堆石坝应力应变分析的主要数值方法，已经可以比较准确的计算面板堆石坝的应力应变。
但由于其边界条件复杂、模型建立困难，且现行规范对中、低坝的三维有限元计算应力应变并未做强制性要求，因此，简单、快捷、准确的对中、低坝的应力应变进行计算分析是十分有必要的。
Autobank软件是河海大学研发的一款专门针对水工结构稳定、渗流和应力应变计算的软件，在其应力应变计算模块中，定义有邓肯非线性弹性材料，具有专门的有限元模拟计算功能，能够得到令人满意的结果。
2.软件应用方法[1]Autobank软件针对面板堆石坝中堆石的本构模型推荐采用邓肯E～B模型，软件的应用按以下程序：①启动autobank（与之关联的CAD软件也相应启动），进入程序主界面。
②建模。
在软件主界面内建立模型，定义各种材料参数，其中混凝土面板和趾板为线性弹性材料；堆石、垫层和过渡层为邓肯E～B模型材料，需相应输入加载弹模基数K、破坏比Rf、凝结力c、摩擦角φ、加载弹模指数n、卸载弹模基数Kur、容重γ、体积弹模基数Kb、体积弹模指数m、摩擦角随小主应力减少系数DFy；定义接触面参数。
③单元划分。
可以采用半自动和全自动2种网格划分方法，本文采用半自动网格划分方法。
④荷载与约束。
施加填筑荷载、位移约束和渗透力荷载。
⑤保存图形文件，生成数据文件。
⑥求解。
⑦后处理。
基于E-B模型的面板堆石坝变形模拟
基于E-B模型的面板堆石坝变形模拟
王栋;赵礼;张晓悦
【期刊名称】《浙江水利科技》
【年(卷),期】2018(000)004
【摘要】混凝土面板是面板堆石坝最主要的防渗体,其变形和开裂状态对大坝的整体安全至关重要,在设计阶段需要对施工期及运行期面板的变形做充分预测.土石散粒体的本构模型种类繁多,采用非线性弹性模型中的邓肯E-B模型,结合商业有限元数值模拟软件,对陕西省某水库沥青混凝土面板堆石坝进行数值模拟,对比多年以来坝体和面板的渗漏和变形观测数据,发现模拟结果很好地与实际情况相吻合,表明在混凝土面板堆石坝的变形模拟中,邓肯E-B模型具有很高的工程实用水平.
【总页数】5页(P59-62,71)
【作者】王栋;赵礼;张晓悦
【作者单位】浙江省水利水电工程质量与安全监督管理中心,浙江杭州 310012;浙江省水利水电工程质量与安全监督管理中心,浙江杭州 310012;浙江水利水电学院水利与环境工程学院,浙江杭州 310018
【正文语种】中文
【中图分类】TV641.4+3
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1.基于邓肯E-B模型的面板堆石坝应力变形分析——以毛家河水库面板堆石坝为例 [J], 余华
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由拦河引水枢纽、隧洞段Ⅰ（全长283.27 km、隧洞平均埋深428m）、泵站、压力管道（总长11.16 km）、隧洞段Ⅱ（全长92.15 km，隧洞平均埋深156m）和水库等组成。
其中库木苏水库坝轴线总长5 922m，水深12 m，最大坝高18m，有效库容2700万m3，大坝上游坝坡为1∶2.5；下游坝坡为1∶2，采用全库盘塑模防渗、现浇混凝土板护坡、烟囱式排水体型式。
水库由挡水大坝、入库建筑物、供水兼退水建筑物和坝后防洪堤等组成。
入库建筑物由水库西侧坡地进入库内。
供水兼退水建筑物布置在桩号坝2+761m处，建筑物主要由岸塔式供水兼退水双孔闸井、拱形双孔坝下埋涵、供水阀井、消力池和退水明渠等组成。
1.2 工程特点1.2.1 地质条件差该工程库盘及坝基覆盖层巨厚，岩性主要为第四系全新统～上更新统洪积含土角砾和低液限粘土，夹中-粉细砂和粉土层，含土角砾和低液限粘土在库盘内分布不均一，其中含土角砾主要分布于西库盘，低液限粘土广泛分布于东库盘。
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基于Autobank的沥青混凝土心墙堆石坝应力-应变分析涂思豪;李洪涛;姚强;邱学峰;吴发名【摘要】Because current domestic and foreign large commercial software,such as ABAQUS,ANSYS,FLAC3D,do not provide Duncan-Chang model.The finite element calculation program Autobank,which designed for water conservancy and hydropower industry in China,is adopted to analyze the stress-strain of the rockfill dam with asphalt concrete core wall in Quxue Hydropower Station.The calculation results show that the stress and deformation of rockfill dam are consistent with actual construction and operation process of dam under two operation conditions.The comparison with displacement monitoring results also shows that the calculation program is efficient and accurate and can be widely applied to stress-strain analysis of rockfill dam.%针对目前主流的ABAQUS、ANSYS、FLAC3D等国内外大型仿真软件本身没有提供邓肯-张模型的不足,基于去学水电站沥青混凝土心墙堆石坝,采用针对我国水利水电行业要求而设计的有限元计算程序Aumbank对其进行了应力应变分析.计算结果表明:在两种工况下,堆石体应力变形结果符合大坝实际施工及运行过程变化规律.与位移监测结果对比分析可知,该计算程序高效、准确,可普遍应用于堆石坝工程的应力应变分析中.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2018(044)003【总页数】5页(P37-41)【关键词】有限元分析;Autobank;邓肯-张模型;沥青混凝土心墙堆石坝【作者】涂思豪;李洪涛;姚强;邱学峰;吴发名【作者单位】四川大学水利水电学院,四川成都610065;四川大学水利水电学院,四川成都610065;四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,四川成都610065;四川大学水利水电学院,四川成都610065;四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,四川成都610065;四川大学水利水电学院,四川成都610065;四川大学水利水电学院,四川成都610065【正文语种】中文【中图分类】TV5360 引言随着沥青混凝土作为防渗材料的优越性被水工界逐渐认识，沥青混凝土心墙堆石坝成为一种合理优选坝型的重要考量，甚至在条件允许下采用沥青混凝土心墙堆石坝成为一种首选方案[1]。
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肯斯瓦特面板堆石坝应力应变分析
混凝土面板堆石坝具有安全性好、适应性广、施工方便、就地取材、投资省和工期短等优点,是目前坝工建设中最富有竞争力和最具发展前景的坝型之一。
本文根据混凝土面板堆石坝遇到的实际工程问题,结合肯斯瓦特混凝土面板堆石坝,堆石体材料非线性应力应变的本构关系采用邓肯张E—B模型,采用有限元ANSYS软件的参数化设计语言APDL编辑适合堆石体的邓肯张E—B模型程序,以
此程序对肯斯瓦特面板堆石坝进行三维非线性有限元数值计算,运用APDL语言
进行建立坝体模型、划分网格、加载计算和后处理分析过程。
根据工程实际情况,对坝体取出Z=160.0m、Z=340.0m、Z=420.0m三个典型断面和过坝轴线的纵断面。
分析了肯斯瓦特面板堆石坝断面在竣工期和蓄水期两种工况下的应力变形分布规律,以及在蓄水期混凝土面板的应力变形分布规律,并
分析其主要影响因素。
为肯斯瓦特面板堆石坝的设计与施工提供有益的参考。
主要研究结论如下:1、在竣工期坝体的应力变形分布规律。
坝体的最大沉降变形为76.96cm,小于坝高的1%,最大值位于坝体Z=340.0m
断面附近且在1/2坝高处上游侧。
大主应力随深度递增,压应力由坝体堆石自重引起。
2、在蓄水期坝体的应力应变分布规律。
坝体的最大沉降变形为84.05cm,比竣工期增加了7.09cm,仍小于坝高的1%,沉降的90%在竣工期已经完成,只有小量在蓄水期完成。
大小主应力比竣工期有所增加,但是分布趋势没有明显变化。
3、在蓄水期面板的应力变形分布规律。
面板法向挠度的最大值为12.9cm,河槽中部面板出现压应力,两岸出现拉应力。
流变效应对面板堆石坝变形影响分析
流变效应对面板堆石坝变形影响分析摘要：混凝土面板堆石坝工期短，投资少，施工简单，发展迅速。
目前面板堆石坝最重要的技术问题是石体变形控制。
因为混凝土面板的抗渗性与石体变形密切相关。
如果石体后期变形过大，混凝土面板和石块会经历空隙和裂缝，影响大坝的渗透和安全。
在以前的混凝土面板土坝设计中，使用弹塑性本构模型的计算结果往往与实测结果有很大差异。
因为石堆是一种弹性、韧性和粘性的组合物。
该材料的变形不仅受材料应力状态的影响，还受时间的影响。
换句话说，石头体具有流变特性。
因此，在混凝土面板堆石坝设计中，考虑岩石流动特性的应力应变分析在理论和实践中都是必要的。
关键词：流变效应；面板堆石坝；变形影响引言混凝土面板堆石坝的主要筑坝材料是堤坝。
研究表明，堆中非线性、非弹性和流变变形等复杂变形特征往往会随着时间的推移而变化。
但是，目前国内外大多数情况下面板土石坝的应力变形分析是基于邓肯-张-叶-b非线性弹性模型或沈-主双屈服弹塑性模型的非线性有限元方法，不考虑石流效应对面板土石坝应力变形的影响。
通过这些方法得到的应力变形结果更能反映大坝的主要应力变形，但从理论和实践两个方面来看，这些计算方法的结果并不能反映大坝应力变形的实际特性和变化规律。
分析和选择流变特性、流变计算模型及有限元计算方法的结果，结合国内某大坝工程，研究和探讨了石坝流变效应对石坝应力变形的影响规律，为石坝应力变形分析提供参考。
1项目背景混凝土面板堆石坝因对各类基础适应性强、就近取材和造价低廉等诸多优点，因此被广泛运用于水利工程中，本文针对大坝填筑过程中平行检测时发现填筑料级配指标与混凝土面板堆石坝设计规范及技术要求不完全相符，现场对坝体堆石区、过渡区和垫层区不同位置布置了多组物理力学试验，再根据试验力学指标对大坝应力变形进行三维有限元计算，并通过在流变效应2种工况下进行坝体和面板应力变形的不同结果进行对比分析，为后期面板垂直压性缝的缝宽设置提供依据，对有效预防面板开裂起到至关重要作用，可供同类工程借鉴。
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Analysis of Stress and Deformation of Concrete Face Ｒock － fill Dam Based on Duncan E － B Model: Case of Maojiahe Ｒeservoir Ｒock － fill Dam
YU Hua
( Survey and Design Institute of water conservancy and hydropower of YI DU City， Yidu 443300，China) Abstract: For the quantitative analysis of Maojiahe reservoir dam in different conditions of stress and deformation characteristics， based on the basic principle of Duncan E － B model， ANSYS was used to establish a three － dimensional finite element model of the dam， the model data into ABAQUS for solving nonlinear calculation． The Maojiahe reservoir dam at the end of construction period， normal water level and check water level were analyzed， through the characteristics of stress and displacement under the conditions found: the deformation and stress of dam and panel are good， moderate stress is low generally， most part of the panel is in compression after the impoundment， the bottom seam large tensile stresses appear only in the vertical， but the distribution scope is limited． The dam should meet the relevant requirements of the static stress and strain， the design of the dam is feasible． Keywords: concrete face rock － fill dam; stability; Duncan E － B model; nonlinear; stress and strain 1 工程概况 毛家河流域拟开发、 利用河段位于湖北省兴山县古夫镇 境内， 距古夫镇约 34. 00 km。在建的古夫至松柏二级公路从 毛家河流域出口 （ 两河口 ） 经过， 至拟开发利用河段距离约 8. 50 km。毛家河流域面积 224. 60 km2 ， 河流发源于神龙架 林区， 为香溪河干流的第三级支流 ， 隶属于古夫河流域的右 支流， 在其上游的马家河段 （ 两河口） 汇入主河道。流域内地 势陡峻， 沟谷深切， 山顶高程一般在 1 400. 00 相对高差达 900. 00 山） 属构造侵蚀高中山区 。 1 700. 00 m， 1 300. 00 m， 最高点为 2 239. 00 m（ 于家
第 37 卷 第 9 期 人民珠江 2016 年 9 月 PEAＲL ＲIVEＲ
http： / / rmzj． pearlwater． gov． cn doi： 10. 3969 / j. issn. 1001-9235. 2016. 09. 010
J］ ． 人民珠江， 2016 ， 37 （ 9 ） ： 40 － — —以毛家河水库面板堆石坝为例［ 余华． 基于邓肯 E － B 模型的面板堆石坝应力变形分析 — 47．
基于邓肯 E － B 模型的面板堆石坝应力变形分析
— — — 以毛家河水库面板堆石坝为例
余
摘
华
宜都 443300 ）
（ 宜都市水利水电勘测设计院， 湖北
要： 为定量分析拟建毛家河水库面板堆石坝在不同工况下的应力变形特性 ， 基于邓肯 E － B 模型基本原理， 采
用 ANSYS 建立了面板堆石坝三维有限元模型 ， 将模型数据导入 ABAQUS 进行非线性求解计算。 通过对毛家河水 库面板堆石坝在完建期 、 正常蓄水位和校核蓄水位 3 种工况下坝体和面板的应力变形特性进行分析 ， 结果发现： 面 板堆石坝坝体和面板的应力状态较好 ， 应力普遍较低， 坝体变形适中， 蓄水后面板大部分区域处于受压状态 ， 仅在 纵缝底部出现较大拉应力 ， 但分布范围有限。说明该面板堆石坝满足静力应力应变的相关要求 ， 面板堆石坝的设 计是可行的。 关键词： 面板堆石坝； 稳定性； 邓肯 E － B 模型； 非线性； 应力应变 中图分类号： TV641． 2 + 5 文献标识码： A 9235 （ 2016 ） 09004008 文章编号： 1001-
3 毛家河流域出口多年平均径流量 3. 70 m / s， 多年平均 8 3 径流总量达 1. 17 ˑ 10 m ， 可开发利用水资源丰富 。 该区域
地处亚热带北缘区内， 是南北冷暖气流交汇要道 ， 属于山区 河谷亚热带气候， 夏季峰面活动显著， 多年平均气温 15. 3ħ ， 多年平均降雨量为 1 000 mm。 拟建毛家河水库大坝为面板堆石坝 ， 坝高 100 m， 坝顶全 长 181. 5 m， 上、 下游坝坡坡比为 1 ʒ 1. 4 ， 坝体从上游至下游 依次为： 混凝土面板、 过渡层、 主堆石区、 次堆石区。 2 邓肯 E － B 本构模型计算原理 经过多年的应用计算比较 ， 在弹性模型中， 邓肯 E － B 双