基于离散元的面板堆石坝数值模拟

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堆石料亚塑性本构模型及面板堆石坝数值分析

堆石料亚塑性本构模型及面板堆石坝数值分析堆石料是面板堆石坝的受力支撑体系,其受力变形特性在很大程度上决定了大坝的工作性态。

本文在堆石料工程特性分析研究的基础上,对其进行全新的亚塑性本构建模,结合理论分析和数值计算,指出该模型能够反映堆石料的主要力学特性,且又有自身特色,一些特有的研究成果对堆石坝进一步的应力变形分析研究具有一定的指导意义。

具体研究了以下主要内容: (1) 分析了堆石料的压缩性,抗剪特性及其变形机理,概括了堆石料的非线性、压硬性、剪胀性和各向异性等主要力学特性,为亚塑性本构建模奠定了力学分析基础。

此外,对常规堆石料的本构模型进行了概括比较分析。

(2) 系统地介绍了亚塑性本构理论的起源、发展和目前国内外研究现状。

给出了亚塑性理论的数学力学基础理论,分析了亚塑性模型的一般表达形式及其基本力学特性。

(3) 分析研究了散粒体材料的孔隙比变化规律。

结合堆石料的力学特性分析,将Gudehus-Bauer亚塑性模型作一些改进后引入到堆石料本构建模中。

理论分析和计算都表明,该模型能够反映堆石料的主要力学特性。

此外,针对改进模型的9个材料常数中部分参数确定较困难的现象,建议了一种基于部分试验数据和反演分析基础上的参数确定的复合识别法,可方便地确定堆石料亚塑性模型的本构参数。

(4)对几种常规室内土工试验进行了亚塑性数值模拟,结合计算结果对亚塑性模型做了进一步的力学特性分析研究。

(5)开发研制了改进的堆石料Gudehus-Bauer亚塑性模型的有限元法计算程序,将其应用于堆石坝数值分析计算中,得到了一些有意义的新的研究成果。

(6)总结了面板堆石坝三维非线性有限元法计算的基本理论。

(7)对堆石料的流变性采用粘性-亚塑性理论进行了初步建模分析。

建立了基于亚塑性理论的面板与垫层之间的新型接触面模型。

2.2面板堆石坝精细化模拟与动态控制关键技术研究

2.2面板堆石坝精细化模拟与动态控制关键技术研究简要信息【获奖类型】应用一等奖【任务来源】河南省河口村水库工程建设管理局【课题起止时间】2013年1月～2014年12月【完成单位】中国水利水电科学研究院、河南省河口村水库工程建设管理局、南京水利科学研究院、中国地质大学（北京）【主要完成人】魏迎奇、李永江、蔡正银、严俊、于沭、严实、梅钢、谢定松、张茵琪、建剑波背景随着混凝土面板堆石坝坝高的增加、坝基条件复杂程度的提升，其安全控制要求也越来越高，考虑渗流场及温度场的影响，建立堆石材料的尺度效应、时间效应、剪胀特性、湿化特性与渗流特性等模型，能显著提高其应力变形分析水平。

建立水-热-力耦合数学模型，研究面板堆石坝动态控制精细化模拟中结构模拟、材料模型、加速算法等，开展大坝全生命周期应力变形性状预测方法研究，对提高面板坝变形控制水平、确保大坝成功建设与安全运行都具有极其重要的意义。

主要内容本项目综合采用理论分析、地质勘察、原位测试、室内试验与数值模拟等手段，重点研究了面板堆石坝精细化模拟与动态控制中的关键技术问题：●基于三场耦合的混凝土面板堆石坝理论构建与数值分析方法研究●三维数字大坝模型一体化构建技术●面板坝大规模精细化模拟GPU并行加速算法●堆石材料的力学特性与本构模型●安全监测与数据分析方法●面板堆石坝动态控制与分析方法研究●混凝土面板堆石坝精细化模拟与动态分析平台建设中国水科院科学技术奖2018年度获奖成果汇编创新点●通过水-热-力全耦合理论架构的构建，建立了基于三场耦合理论的混凝土面板堆石坝安全分析数学模型，提出了耦合求解的有限元数值分析方法。

●提出了堆石材料E-B模型参数K与最大粒径的对数模型、流变幂函数模型、八参数湿化模型、多内在状态变量的剪胀方程，完善了粗粒料渗透试验的缩尺准则与方法，提出了面板坝垫层料和过渡料的设计准则。

●基于多源异构、非结构化数据特征，建立了融合地质-地形-坝体结构的一体化三维数字大坝构建体系，提出了模型网格离散优化方法；提出了基于GPU并行技术的网格与数值迭代求解的优化算法。

堆石料和接触面弹塑性本构模型及其在面板堆石坝中的应用研究

堆石料和接触面弹塑性本构模型及其在面板堆石坝中的应用研究尽管现代面板堆石坝压实密度和变形模量较早期有很大提高, 但坝体变形仍是面板堆石坝安全设计的主要问题。

筑坝堆石料的变形特性是影响面板应力量值和分布规律的重要因素。

此外,面板应力还与面板与垫层间的接触变形紧密相关。

近年来, 高面板堆石坝在填筑、蓄水以及地震过程中出现了面板挤压破坏和面板脱空等问题, 这些问题与堆石体的变形以及面板与垫层间的接触变形均有着密不可分的关系。

筑坝堆石料本构模型以及面板与垫层间接触面本构模型是计算分析面板堆石坝变形和面板应力分布规律的重要理论基础。

近年来, 面板堆石坝填筑和蓄水过程的弹塑性有限元分析已经有了较大的发展。

但由于缺乏强震情况下的震害资料, 面板堆石坝动力弹塑性分析方法的发展受到了一定的限制。

目前, 在面板堆石坝动力分析中广泛采用的等效线性分析方法可以较好的反映中、低强度地震的加速度反应, 但不能满足大坝在强震环境中可能出现的强非线性乃至破坏全过程模拟的分析要求。

强震下面板堆石坝较大的塑性（残余）变形, 是引起面板挤压破坏和面板脱空等现象的主要原因, 但等效线性分析方法不能考虑动力条件下塑性变形渐进发展过程, 难以合理评价强震下堆石体变形对面板破坏的影响。

为此, 本文首先采用大型三轴仪对筑坝堆石料的颗粒破碎、临界状态及剪胀特性进行了试验研究, 在此基础上提出了一个考虑颗粒破碎的状态相关堆石料广义塑性模型。

然后提出了一个三维广义塑性接触面模型。

最终建立了一套基于筑坝堆石料和面板与垫层间接触面弹塑性本构模型的面板堆石坝三维静、动弹塑性有限元分析方法, 并应用于紫坪铺面板堆石坝填筑、蓄水及地震全过程的静、动弹塑性有限元实例分析。

本文的研究内容及主要结论有：(1) 采用大型三轴仪对紫坪铺筑坝堆石料进行了颗粒破碎试验研究。

试验表明：单调和循环荷载下堆石料的颗粒破碎率与塑性功之间存在良好的双曲线关系, 且受孔隙比、围压和应力路径的影响较小(2) 采用文献中的砂土试验成果分析了颗粒破碎和临界状态的关系。

抛石散体振动密实过程的离散元数值模拟

i yi
(4)
&i (t ) ，& &i (t ) 和由此计算出 x， y 方向的线加速度 & x y &&i (t ) 。对运动方程按 Euler 公式进行数转动加速度 α & i ] t + ∆t ， [ y & i ]t + ∆t ，[α & i ] t + ∆t 值积分， ∆t 时刻后的速度 [ x 和位移 [ xi ] t + ∆t ， [ yi ]t + ∆t ， [α i ] t + ∆t 可近似表示为 & i ] t + ∆t = [ x &i ]t + [ x &&i ]t ∆t， & i ]t ∆t [x [ xi ]t + ∆t = [ xi ]t + [ x & i ]t + ∆t = [ y & i ]t + [ & &i ]t ∆t， & i ]t ∆t (5) y [y [ yi ]t + ∆t = [ yi ]t + [ y & i ]t + ∆t = [α & i ]t + [α &&i ]t ∆t， & i ]t ∆t [α [α i ]t + ∆t = [α i ]t + [α
。
(3)
2.1 两圆盘单元 i， j 之间的位移与受力状况在平面直角坐标系下，将整个散体对象离散成用弹簧及粘结具有圆盘形状的单元的集合体。通过对单元间的相对位移增量的计算，得到速度与位移增量的关系式，以此求出单元间的作用力，再代入动力学基本方程中，并对此方程进行数值积分，进而得到所有单元在任意时刻的速度、加速度、角速度、角加速度等物理量，以及整个结构的运动、变形、以至于破坏的演化过程。在图 1 所示坐标系下，单元 i，j 在 ∆t 时间内沿切线和法线的相对位移增量分别为 ∆u n ( 远离方向为正)、 ∆u s (逆时针方向为正)，具体表示为 (∆vi − ∆v j ) sin[α ij ]t ∆u s = −( ∆ui − ∆u j ) sin[α ij ]t + (∆vi − ∆v j ) cos[α ij ]t + (ri ∆φi + r j ∆φ j ) ∆u n = −( ∆u i − ∆u j ) cos[α ij ]t −

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
【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.覆盖层上机板堆石坝防渗墙和面板应力变形的离心模型模拟技术 [J], 李国英
3.基于广义塑性模型的高面板堆石坝应力变形数值模拟 [J], 董国庆;何亮
4.基于Gudehus-Bauer亚塑性模型的面板堆石坝应力变形研究 [J], 陈泽钦;刘国明
5.基于不同本构模型的面板堆石坝应力变形分析 [J], 黄小华
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科技成果——面板堆石坝精细化模拟与动态控制关键技术

科技成果——面板堆石坝精细化模拟与动态控制关键技术技术开发单位中国水利水电科学研究院、南京水利科学研究院、河南省河口村水库工程建设管理局
成果简介
该技术针对面板堆石坝精细模拟与动态控制的关键问题开展研究，将各典型材料视为多孔介质，以地质勘测、现场原位试验、室内试验成果为基础，研究了适用于面板堆石坝工程的多场耦合数学分析模型，研发了数值离散方法和超大自由度问题的数值求解方法等，重点解决了材料模型精细化、结构模拟精细化、加速算法精细化等技术难题，并结合典型面板坝工程实际工程条件，以工程安全监测成果和施工期间现场检测结果为依据，提出了动态模拟及反馈分析方法，建立了面板堆石坝管理控制平台，通过模拟分析和工程管理技术开发，实现对工程建设和管理的动态馈控，确保工程的安全建设与运行。

技术特点建立了考虑多尺度、多影响因素的统一修正模型，量化了原型材料参数与试验材料参数的相关关系；建立了反映复杂应力状态的幂函数流变模型、考虑颗粒破碎效应的多内在状态变量剪胀模型以及考虑球应力和偏应力影响的八参数湿化模型；建立了融合地质-地形-结构一体化的三维数字大坝构建方法；改进了IDW和拉普拉苏网格光顺算法和网格几何运算与数值迭代求解的优化算法；建立了水-热-力多目标动态反分析优化模型。

适用范围适用于高面板堆石坝三维数字大坝构建、精细化数值模拟与施工运行过程的动态馈控分析中。

面板堆石坝静动力有限元仿真模型及其应用的开题报告

面板堆石坝静动力有限元仿真模型及其应用的开题
报告
一、选题背景与意义
面板堆石坝是常见的大型水利工程类型，其稳定性及安全性受到强烈关注。

针对面板堆石坝在地震等自然灾害中的稳定性分析和评估，需要进行静动力有限元分析，以求得更为准确的分析结果。

二、研究目的
本研究的主要目的是针对面板堆石坝进行静动力有限元仿真模型的建立，并对其进行应用测试，以验证模型的准确性和可靠性，为实际工程提供参考和指导。

三、研究内容
1. 非线性有限元理论与方法的研究，建立面板堆石坝静动力有限元仿真模型；
2. 模型参数的选取和优化，通过静力及地震荷载的施加，验证模型的计算精度；
3. 模型应用实例分析及结果验证，比较与实测数据的误差，评估其可靠性。

四、研究方案与方法
1. 对面板堆石坝的结构特点和动力特性进行分析，优化选取建模参数；
2. 基于ANSYS软件对静力及地震荷载作用下的面板堆石坝进行有限元模型建立；
3. 对模型的准确性进行验证，并与实际观测数据进行比较，分析模型可靠性。

五、预期结果和进展
本研究的预期结果是建立完整的面板堆石坝静动力有限元仿真模型，通过模型验证实现对面板堆石坝稳定性的分析和评估，为实际工程提供
参考和指导。

目前已完成部分模型建立及参数选择工作，进展顺利。

水利水电工程外文翻译—基于离散单元法的砌石重力坝安全分析工具

外文翻译专业水利水电工程基于离散单元法的砌石重力坝安全分析工具摘要介绍一种基于离散单元法的砌石重力坝分析数值模型。

大坝和岩基用3到4节点的基本块组成的块集合表示。

复杂的块形状通过把基本块整合到宏模块来得到，允许模型应用在从等效连续到完全不连续分析的各种情形。

开发了一个接触面公式，能够根据基本块之间建立的接触面，基于一种精确的边边方法表示宏模块之间的相互作用。

描述了模型的主要数值方面，特别介绍了接触面的创建和更新步骤以及一个支持一种高效且能够得到明显结果的算法的数值设备。

讨论了一个现有的砌石坝的安全评价的应用，包括结构的应力分析和涉及大坝岩石界面附近不同路径的滑动失效机制的评估。

关键词砌石坝；离散元；应力分析；失效机制1 简介结构分析必须使用适当的手段来实现它的最终目的。

这些手段必须能够：（1）模拟建筑物的几何和物理特征，尤其是不连续的和共有的特征；（2）用一套完整的方法来模拟荷载，能够考虑所涉及的不同现象间的相互影响；（3）评价非线性作用，特别是能够界定失效结构。

砌石重力坝应该被理解为一个包含坝体本身，水库，岩石基础的系统。

坝体和岩石是不均匀且不连续的介质。

坝体和围岩的交界面也是不连续的，需要特别注意。

不连续面控制着砌石坝的强度，因为它们是薄弱面，决定着主要失效机制。

另外，大坝所受的各种不同的荷载需要一套完整的方法来处理，因为它们之间相互关联。

这些独特的特点使得大1多数的数值工具，无论商业的还是科学的，都不能完全适合地模拟浆砌石重力坝。

在这种背景下，新的数值工具的发展就显得尤为重要。

本文将描述一种为砌石重力坝的静力、动力及流体力学的分析量身定做的数值工具，离散单元法。

离散单元法最初是为了处理岩石力学问题而提出的替代有限元法的方法。

离散单元法的基本原理是将不连续介质看作受力作用不同的块的集合，因此不同于将其看作同一单元的有限元法。

这些数值处理方法也被广泛地应用于砖石结构。

在Cundall所开发的产品的基础上发展起来的二维编码通用离散元程序（UDEC），已经被用于包括混凝土坝的地基等方面的研究中，主要用于尝试通过岩石评估失效机理。

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。

基于离散元法的岩石力学破裂特征模拟与分析

基于离散元法的岩石力学破裂特征模拟与分析随着现代工程建设的不断发展，研究岩石力学的重要性也日益凸显。

岩石力学的研究不仅能够为地质灾害的预防和治理提供理论支持，还能够为石油、天然气、工程建设等领域的开发提供技术保障。

而基于离散元法的岩石力学破裂特征模拟与分析，是目前岩石力学研究领域的热门话题，本文将从理论基础、模拟技术和应用实践三方面，对该研究进行探析。

一、理论基础离散元法是一种通过对大量小物体的相互作用进行分解和追踪，来模拟宏观物质力学行为的方法。

该方法最早应用于颗粒物理学领域，在此基础上逐渐拓展到岩石力学领域。

离散元法模拟过程中，物体被抽象为大量小球，而小球之间的相互作用关系则通过使用各类数值模型来模拟，比如弹簧模型、位错模型、接触模型等。

离散元法的理论基础体系主要包括：小球动力学、接触力学、碰撞体系和断裂力学等。

其中，小球动力学理论主要研究小球的运动、旋转和碰撞等基本行为。

接触力学理论则研究小球之间的互相接触与应力分布，从而解释岩石的接触、滑动和破裂等力学特性。

碰撞体系理论则是研究两个小球之间的碰撞，以及在碰撞过程中发生的变形、断裂等现象。

断裂力学理论则是研究岩石在不同力学条件下的断裂特征和破裂过程。

二、模拟技术离散元法模拟技术主要包括初始状态设定、边界条件设定、模型求解和结果分析四个方面。

在初始状态设定方面，必须明确岩石的形状、大小、位置、方向、质量和初始速度等关键参数，然后搭建初始状态的离散元模型。

对于三维模型，一般采用CAD建模软件对岩体进行数字化建模，以便在后续计算中直接导入。

对于大型工程场址，需要将场址的数据进行采样和统计分析，然后利用岩石信息建模系统来建立数值模型。

在边界条件设定方面，需要明确力学加载条件、边界类型和加载方式等参数。

力学加载条件包括单轴压缩、双轴压缩、剪切等多种加载方式。

边界类型分为封闭边界和开放边界。

加载方式则包括恒定速度、恒定应变率、恒定应力等方式。

在模型求解方面，需要利用离散元软件进行计算。

混凝土面板堆石坝抗震性能有限元数值模拟分析

的研究基础上 ,提出的一种考虑水体对结构作用的
简化的动力分析的计算方法 ,它是将动水压力等效
成质量附加在结构上 ,达到等效的动力响应。水工
建筑物抗震设计规范给出的大坝反应谱曲线如图 1
所示。
4212
科学技术与工程
8卷
图 1 大坝反应谱曲线
2 工程应用算例
蒲石河抽水蓄能电站位于辽宁省丹东市宽甸满族自治县境内 ,距丹东市约 66 公里 ,为东北地区第一座大型抽水蓄能电站。电站工程枢纽建筑物主要由下水库及下水库泄洪排沙闸坝、上水库及上水库钢筋混凝土面板堆石坝、上下水库进出水口 , 地下厂房洞室系统、地下输水洞室系统及地面开关站等地面附属建筑物组成。上水库主坝为钢筋混凝土面板堆石坝 ,最大坝高 7615 m ,下水库主坝为混凝土重力坝 ,最大坝高 3411 m。上水库正常蓄水位 392 m ,总库容 1 351 万 m3 。下水库正常蓄水位 66 m ,总库容 2 905 万 m3 ,具有日调节能力。电站总装机容量 120万 kW ,安装 4台 30万千瓦的立轴单级可逆轮流式机组 ,设计年抽水用电量 2411 亿 kW ·h, 年发电量 1816 亿 kW · h。工程总投资 45116亿元。总工期为 70个月 ,主体工程工期为 59 个月 ,按照计划 ,第一台机组 2010年 1月 1日发电 , 2010年 12月最后一台机组投入运行。图 2为堆石坝平面布置 ,图 3为堆石坝河谷处断面图。
将 W estergaard公式进行扩充 ,使其适合于挡水面倾
斜时的情况 ,在经典 W estergaard公式中乘以了如下
因子 γ[ 14 ] :
γ = 1 - 0154 tanβ

复杂地质条件下混凝土面板堆石坝力学特性规律统计及数值模拟

复杂地质条件下混凝土面板堆石坝力学特性规律统计及数值模拟由于具有造价低,对地质条件适应性强,并可充分利用当地材料等优点,混凝土面板堆石坝已经成为最具竞争力的一种坝型。

当前混凝土面板堆石坝的建设常面临狭窄河谷、严寒、高震以及深厚覆盖层地基等复杂地质条件的挑战。

其中深厚覆盖层是一种典型的复杂地质条件,广泛分布于我国西南地区河流中。

坝体的变形控制是面板堆石坝建设最重要的一项考虑因素。

面板的结构性开裂和挤压破坏、接缝的张拉变形以及大坝的安全稳定均与坝体变形特性具有密切联系。

如何有效合理评价和控制面板堆石坝变形,是决定面板堆石坝进一步发展最为关键的因素。

本文采用统计分析方法、多元非线性回归分析以及数值计算等手段,对复杂地质条件下混凝土面板堆石坝及其防渗墙的应力变形特性开展了系统研究。

主要研究内容如下:(1)从统计的角度研究了面板堆石坝应力变形及渗漏特性,并揭示其统计规律,定量化研究了面板堆石坝变形特性与其影响因素的相关关系。

基于已有大量文献资料,收集了过去50年已建的87个面板堆石坝变形特性和详细建设信息。

对坝顶沉降、坝体内部沉降、面板挠度以及大坝长期渗漏量进行了深入规律统计分析,获得面板堆石坝力学特性的统计规律以及估计大坝变形和渗漏特性的经验关系。

从经验的角度定量化研究了大坝变形特性与其影响因素的相关关系,并确定了面板堆石坝变形特性的主要影响因素。

(2)基于多元非线性回归分析方法,建立了面板堆石坝3个变形特性(包括坝顶沉降、坝内沉降、面板挠度)与其6个控制变量(包括坝高、孔隙率、地基条件、堆石强度、河谷形状、运行测量时间)之间的经验预测模型,并深入评价了每个控制变量的相对重要性。

将获得的经验模型与已有经验方法进行了比较,以验证模型的准确性。

(3)建立了考虑堆石和地基流变及水力耦合效应的面板堆石坝参数反演分析模型,揭示了覆盖层地基对面板堆石坝应力变形特性的影响机制。

基于数值计算和实测资料,深入研究了覆盖层上面板堆石坝的应力变形特性及其主要影响因素。

01 基于坝面作业仿真的面板堆石坝施工进度优化研究

间隔填筑区之间高差必须控制在一定的范围内。高差
控制表示为
{Hi（ j，t + 1） = Hi（ j，t） + ΔHi ΔHi ≤g（ T，C，S（ I1 ，I2 ，…，Ii ））
（ 4）
式中，i = 1，2，…，n 为某填筑区编号 Hi（ j，t）为 t
时刻 i 填筑区第 j 层的高程； T 为分期； C 为填筑区；
m ＞ n 时，各工序同时作业，部分坝面停歇；当 m ＜ n
时，此时不能进行流水作业，需要采用合并工序或者缩
短流水工段数目的方法来调整，从而使 m = n。流水作
业模拟流程如图 2 所示。判断完成后将结果输出保存。
1. 2. 2 非堆石体施工模拟
对于堆石体以外的其他部位，这些施工区工作面
狭窄，填筑方量较小，卸料点数目单一，一般采用顺
些工序均由人工操作，历时不确定且较短，难以准确
计算，可近似为随填筑面积变化而变化，因此计算模
型为
tassist
=
a
S mf4 （ m）
+ ts
（ 10）
式中，S 填筑层面积； m 为填筑面划分单元个数；
Punload 、Ppaving 、Proll 分别为自卸汽车、推土机和碾压机的单位工作效率； Nunload 、Npaving 、Nroll 分别为自卸汽车、推土机和碾压机的数量； f1 （ m）、f2 （ m ）、 f3（ m）、f4（ m）分别为单元数对卸料效率分布函数、摊铺效率分布函数、碾压效率分布函数、及辅助工作
件。
1. 4 填筑流程时间参数
堆石坝填筑工序主要包括卸料、摊铺、碾压、质

西北某坝肩变形体成因机制的离散元数值模拟

（１．地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室（成都理工大学），四川成都６１００５９；
２．中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，陕西西安７１００６５）
摘
要：通过对西北某坝肩边坡勘探平硐的现场调查，综合分析边坡的基本特征、岩体结构特征、坡体结构特征、
７。～２８。／ＳＥ７。一２８。，主要分布在上游侧边界、变
率、不同振幅的地震波诱发的不同类型边坡的变形
形体前缘。②３０７。一３４４。／ＮＥＬ６８。～８６。，主要分布
破坏模式、动力响应特征等进行了研究
通过模型试验对不同激震方向、不同波形、不同频
厚度４５ｍ，总体积约７１５×１０ｍ。
岩层产状为ＮＷ２９５。ＮＥＬ２５。一３０。。通过对平
硐中结构面精测，变形体中发育５组优势结构面： ①
变形破坏特征，认为坡体为形成年代比较久远的变形体，在自重的作用下坡体发生缓慢的变形，地震的作用加速了坡体的变形，从而形成了现今的变形体，但坡体未发生整体的失稳。由于坡体变形年代比较久远，故采用离散元数
值模拟对其成因机制进行研究。研究结果表明：自重作用下坡体有沿缓倾坡外层面缓慢滑移变形的趋势，在地震
以上方法中模型试验对于坡体运动规律的监测
存在较大的误差，而有限单元法和有限差分法又受到介质连续的局限，故本文在定性分析的基础上，用

覆盖层面板堆石坝三维有限元数值模拟

3 Eur K ur Pa P a
n
（4）
在 E-B 模型中，引入切线体积模量：
3 B K b Pa P a
m
（5）
式中： K b 为切线体积变形基数； m 为切线体积变形指数。 2．计算模型
作者简介：王玉才（1985-），男，甘肃农业大学水利水电工程学院讲师。黄彩霞（1980-），女，甘肃农业大学水利水电工程学院讲师。
P E t KPa P a 2 1 R f S
n
（1）
力水平； n 为弹模指数；K 为弹性模量数； q f 为抗剪强度；可有三维问题的摩尔库伦准则的
式中 Pa 为大气压力； R f 为破环比； S
q qf
为应
qf
3 p sin 3c cos
3 cos sin sin
（2）
式中 c 为材料凝聚力；为材料摩擦角；为 lode 应力角，可由下式求得：
tan 1
3 2 2 3 1 1 3
（3）
式中为 lode 应力角。在卸载条件下采用卸荷弹性模量：
的进行仿真模拟。结合具体工程实例，采用 Duncan E-B 本构模型建立三维有限元分析模型，得到了深覆盖层上面板堆石坝的应力变形规律。研究表明建在深厚覆盖层上的面板堆石坝，坝体的应力分布规律符合一般规律，其值均在应力合理范围之内；由覆盖层基础引起的坝体垂直沉降比较明显，最大沉降大约位于坝体中部。与修建在基岩上的常规面板堆石坝相比，深覆盖层地基上的面板堆石坝的坝体和坝基的垂直沉降、水平位移和大小主应力均有所增大。具有可压缩性的深覆盖层地基在上部坝体的自重作用下将导致坝体的建基面产生一个下凹的变形。关键词：深覆盖层；面板堆石坝；数值计算；应力变形中图分类号：TV641 一、引言混凝土面板堆石坝具有取材容易、适应性广、施工简单、工期较短等优点，在国内外得到广泛应用。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；同时在强震地区、深覆盖层、岩溶等不良地质条件和高边坡等不良地形条件下建造了高混凝土面板堆石坝[1]。据统计，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，如新疆的察汗乌苏坝、甘肃的九甸霞坝等[2]。李炎隆等学者[3]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。刘萌成等研究表明混凝土面板堆石坝在运行阶

基于ORD的面板堆石坝建模关键技术与应用

基于ORD的面板堆石坝建模关键技术与应用
王海建
【期刊名称】《水电能源科学》
【年(卷),期】2024(42)3
【摘要】针对面板堆石坝在大坝前期设计阶段方案比选多、工作量大的问题,结合面板堆石坝结构设计原理,提出一种基于ORD软件的参数化建模方法,即利用OpenRoads Designer软件研究创建面板堆石坝BIM模型的关键环节和要点,并实现将坝体结构转换为一系列逻辑约束的组件来创建坝参数化模板,并将其应用于贵州省望谟县某面板堆石坝方案比选中。

实际应用结果表明,该方法用于面板堆石坝建模和前期设计方案比选切实可行,大大提高了设计效率,且成果输出展示更直观,为面板堆石坝BIM技术应用提供了新思路。

【总页数】4页(P88-91)
【作者】王海建
【作者单位】中水珠江规划勘测设计有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TV641.4
【相关文献】
1.基于CCS施工项目的混凝土面板堆石坝面板施工关键技术研究
2.坝下埋管混凝土面板堆石坝关键技术研究及应用
3.基于土石方平衡的面板堆石坝料场开采建模研究
4.基于BIM协同平台面板堆石坝三维建模技术研究
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基于粒子群和遗传算法的面板堆石坝土石方调配研究

基于粒子群和遗传算法的面板堆石坝土石方调配研究
赵瑜;贾政;张建伟;曹克磊;陈传宇
【期刊名称】《华北水利水电大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2022(43)2
【摘要】土石方调配是大型水利工程施工中的关键环节,直接影响工程效益。

为了合理调配五岳抽水蓄能电站面板堆石坝工程的挖填土石方料,通过深入分析施工过
程中可能产生的各种不确定性问题,以施工总费用最低为目标,建立了满足施工进度、机械配置及上坝运输强度等要求的土石方调配模型;利用群体智能算法更适合求解
复杂优化问题的特点,分别采用粒子群和遗传算法对所建模型进行计算。

结果表明,
由粒子群和遗传算法所得方案均能满足施工要求,采用遗传算法所得土石方调配方
案的总体费用低,比粒子群算法优化方案的总体费用节省80.12万元。

该研究成果
可为其他类似工程的土石方调配提供参考。

【总页数】7页(P54-59)
【作者】赵瑜;贾政;张建伟;曹克磊;陈传宇
【作者单位】华北水利水电大学
【正文语种】中文
【中图分类】TV51;TV641
【相关文献】
1.基于土石方全过程动态监控的面板堆石坝施工技术研究
2.面板堆石坝土石方动态调配研究
3.基于绿色施工的堆石坝土石方调配模型研究
4.基于遗传算法的面板堆石坝土石方调配研究
5.基于土石方平衡的面板堆石坝料场开采建模研究
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