von-Wolffersdorff亚塑性模型及其在面板堆石坝应力变形分析中的应用研究
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
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。
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。
面板堆石坝应力与变形弹塑性有限元计算与分析
面板堆石坝应力与变形弹塑性有限元计算与分析吴兴征;栾茂田;阴吉英【期刊名称】《大连理工大学学报》【年(卷),期】2000(040)005【摘要】用沈珠江建议的双屈服面模型对洪家渡面板堆石坝进行了三维有限元分析.计算中考虑到堆石材料的非线性和模拟运行过程,采用了逐级增量与不平衡力修正迭代相结合的算法,经与中点增量法的结果对比,表明该算法是有效的.通过对堆石坝体在施工和逐级蓄水加载过程中的应力和变形分析,探讨了坝体中某些特定单元在运行过程中的主应力轴旋转状态.对于坝体中部单元,在填筑过程中,主应力轴的偏转程度多在10°以内;蓄水加载时偏转程度增加约2 0%.而对于坝体上下游单元,主应力轴偏转则更加明显.对τ-σ3平面、q-p平面内的一些坝体单元的应力路径比较表明,不论是施工还是蓄水加载,q-p平面内的加载路径均较为明确.【总页数】7页(P602-608)【作者】吴兴征;栾茂田;阴吉英【作者单位】大连理工大学,土木工程系,辽宁,大连,116024;大连理工大学,海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁,大连,116024;大连理工大学,土木工程系,辽宁,大连,116024;大连理工大学,海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁,大连,116024;大连理工大学,土木工程系,辽宁,大连,116024;大连理工大学,海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁,大连,116024【正文语种】中文【中图分类】TV641;O343.2【相关文献】1.面板堆石坝三维弹塑性有限元计算分析 [J], 张惠军2.基于ABAQUS的深覆盖层地基面板堆石坝防渗墙应力与变形分析 [J], 王文姣3.混凝土面板堆石坝三维弹塑性有限元分析 [J], 章为民;沈珠江4.坝面溢流式面板堆石坝有限元计算与分析 [J], 苏永江;路文波;胡再强5.大角度折线型高面板堆石坝坝体和面板的应力与变形规律 [J], 朱安龙; 张胤; 廖洁; 张萍; 徐小东; 刘斯宏; 姜忠见因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
亚塑性模型在面板堆石坝应力变形分析中的应用
亚塑性模型在面板堆石坝应力变形分析中的应用通过对几个常见亚塑性模型进行对比分析,发现Wu-Bauer亚塑性模型的更
进版本——Wang-Wu亚塑性模型是比较适合应用于面板堆石坝的应力变形分析的。
Wang-Wu模型不仅继承了 Wu-Bauer模型简洁、易用的特点,同时还大幅地提高了对堆石料工程特性的捕捉能力。
需要指出的是该模型与工程中常用的邓肯E-B模型相比,对堆石料的常规三轴曲线的模拟结果更好。
根据亚塑性模型的研究惯例,本文的工作可分为校验和应用两大部分,归结为以下三点:1.新的参数:在对Wang-Wu亚塑性模型进行多组三轴试验模拟的基础上,针对该模型的特点,提出了一组新的参数,解决了在不同围压下,同种材料确定的模型参数相差过大的问题,为应用该模型分析实际问题
提供了一种办法。
2.有限元实现:针对亚塑性模型的切线模量矩阵与应变增量方向相关的特点,提出一套有限元解法,该解法是在弹塑性本构的中点增量法的基础上,增加了对
应变增量方向的修正得到的。
3.编程及工程应用:在课题组程序CFRD.f的基础上,开发了 Wang-Wu亚塑性本构子程序,通过对实际工程例子进行计算,并与工程中
广泛运用的邓肯E-B模型的计算结果进行平行对比,以及与部分实测位移值进行对比,验证了本文提出的新的参数及程序是可行的。
需要特别说明的是两种模型反映出的面板堆石坝应力变形规律相似,但
Wang-Wu亚塑性模型不存在邓肯E-B模型的顺坡向拉应力过大的问题。
最后,本
文在总结成果的基础,对Wang-Wu亚塑性模型的参数调优和改进方向提出了建议。
混凝土面板堆石坝变形特性三维有限元仿真分析的开题报告
混凝土面板堆石坝变形特性三维有限元仿真分析的开题报告一、研究背景混凝土面板堆石坝结构是一种由混凝土面板和堆石体构成的混合结构体系，具有结构形式简单、抗震能力强等优点。
该结构具有广泛的应用领域，包括水利水电工程、防洪工程等方面。
然而，由于混凝土和堆石体材料的差异、非线性及变形特性的差异等因素，混凝土面板堆石坝结构容易出现变形、开裂等问题，从而危及整个结构的安全性。
因此，对于混凝土面板堆石坝的变形行为进行深入的研究，对于提高结构的安全性具有重要意义。
二、研究内容本研究旨在通过三维有限元仿真，分析混凝土面板堆石坝的变形特性。
具体内容包括以下方面：1.建立混凝土面板堆石坝三维有限元模型，对其进行建模与网格划分；2.考虑混凝土和堆石体材料的非线性及变形特性，建立包含多种本构模型的有限元模型；3.对混凝土面板堆石坝结构施加水压和静载荷等载荷情况，进行有限元仿真计算，分析结构的变形特性、应力状况等参数，并通过对比分析，探究不同参数对结构变形的影响；4.通过仿真的结果，提出结构的改进措施，提高结构的安全性。
三、研究方法本研究采用三维有限元方法对混凝土面板堆石坝进行数值模拟分析。
具体方法如下：1.建立混凝土面板堆石坝三维有限元模型，采用ANSYS或ABAQUS 等软件进行建模；2.采用包含多种本构模型的有限元模型，考虑混凝土和堆石体材料的非线性及变形特性；3.分别对混凝土面板堆石坝结构施加水压和静载荷等载荷情况，进行有限元仿真计算，得到结构的变形特性、应力状况等参数；4.通过对比分析，探究不同参数对结构变形的影响，提出结构的改进措施，提高结构的安全性。
四、预期成果1.建立混凝土面板堆石坝三维有限元模型，得到结构的变形特性、应力状况等参数；2.通过对比分析，探究不同参数对结构变形的影响，提出结构的改进措施，提高结构的安全性；3.提供混凝土面板堆石坝建设工程实践的参考依据，具有一定的理论和实践意义。
五、进度安排1.文献综述与研究问题的明确（1个月）；2.混凝土面板堆石坝三维有限元模型的建立（2个月）；3.采用包含多种本构模型的有限元模型进行数值模拟，分析结构的变形特性（3个月）；4.分别对混凝土面板堆石坝结构施加水压和静载荷等载荷情况，进行有限元仿真计算，得到结构的变形特性、应力状况等参数（3个月）；5.通过对比分析，探究不同参数对结构变形的影响，提出结构的改进措施，提高结构的安全性（2个月）。
覆盖层上面板堆石坝的应力变形特性研究
面板堆石坝坝高 !;; ,，居同类 坝 型 世 界 第 一
［;］
。
随着我国水能资源开发程度的进一步提高，优良坝 址日益减小，不少拟建面板坝都将面临深厚覆盖层 上筑坝的技术难题。 随着我国筑坝技术和坝基处理技术的提高，保 留坝基覆盖层已成为重要发展趋势，如云南那兰水 电站、新疆察汗乌苏水电站、甘肃九甸峡水电站等 大坝 均 将 趾 板 建 于 覆 盖 层 之 上，且 坝 高 均 突 破 #"" ,，为我国覆盖层上面板堆石坝建设积累了丰
［)］ 。目前，对于覆盖层上筑坝的基本认识是，在 统
!
引
言
河床冲积层深厚的坝址，只要冲积层内没有软弱夹 层或透镜体；或有软弱夹层和透镜体，但经处理后 能够满足抗滑稳定的要求，且各部位的总平均压缩 模量不低于相应部位的堆石体压缩模量。除趾板、 垫层及过渡区部位外，其余堆石体部位的覆盖层一
［$］ ， 般均可以作为堆石体坝基的一部分而予以保留
・ #! ・
小水电
-!’) 年第 + 期（总第 ’6+ 期）
技术交流 （见图 ’） 。 坝坡’ ( ’"#!）
!"# $ !"% &，上游坝坡’ ( ’")!% )，下游坝坡平均为 ’ ( ’")*（坝坡上设有 %") & 宽的上坝公路，公路间
图!
大坝典型剖面示意
根据勘探揭示，坝址河床覆盖 层 深 度 为 + $ ##"* &，主要为崩塌堆积物，是块石、泥岩等风化 产物，结构较为松散，且渗透性较强，存在不均匀 变形和渗透稳定的问题。初步设计时拟将坝基覆盖 层全部开挖清除，但因工程地处自然保护区，覆盖 层开挖不仅加大坝体填筑量，还将造成大量弃碴， 对生态环境造成不利影响。为解决上述问题，对坝 基覆盖层开展了现场试验，并对坝体和坝基覆盖层 开展了三维有限元计算分析，研究了覆盖层上筑坝 的可行性。
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。
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 ７ ２ ０ ） 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１ ７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 ２ ０ ａ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 ， １ ８ｍ） 蓄水 ３ａ后 ，０ ３年 ７月 ， 面 板 中部 Ｌ ２０ 在 ３和
Ｌ 间 出 现 垂 直 缝 。 巴 西 肯 柏 诺 沃 面 板 坝 （ ０ ， ４ ２ ２ｍ） 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
基于热力学的堆石体本构模型的研究与应用
基于热力学的堆石体本构模型的研究与应用
王晓玥;杜丽惠;金鑫鑫;李翠
【期刊名称】《水力发电》
【年(卷),期】2015(041)012
【摘要】堆石体的本构模型对其应力变形分析尤为重要.在热力学条件下,分析堆石坝筑坝过程中应力比的变化过程,推导出符合能量守恒定律的堆石料本构模型,给出吉布斯自由能函数指数的范围.在闭合应力路径下模型符合热力学定律,能够反映堆石料的非线性、压硬性等主要工程性质,参数少且独立、物理意义明确.以水布垭面板堆石坝为例,采用热力学本构模型进行了有限元计算,与实测资料相比,其计算结果比其他模型更加符合实际,进一步验证了模型的可靠性.
【总页数】5页(P58-62)
【作者】王晓玥;杜丽惠;金鑫鑫;李翠
【作者单位】清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京100084;清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京100084;清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京100084;清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京100084
【正文语种】中文
【中图分类】TU452
【相关文献】
1.堆石体流变本构模型参数的智能反演 [J], 周伟;徐干;常晓林;胡颖
2.基于不可逆热力学的Ni-Ti合金动态本构模型及其有限元实现 [J], 李云飞;曾祥国
3.基于广义热力学改进的超固结黏土本构模型 [J], 周济兵; 王秋生; 薄欣欣
4.复杂应力路径下堆石体本构模型比较验证 [J], 张宗亮;贾延安;张丙印
5.考虑颗粒破碎的堆石体本构模型 [J], 米占宽;李国英;陈铁林
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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 ;
混凝土面板堆石坝开裂变形机理及防治措施
混凝土面板堆石坝开裂变形机理及防治措施研究摘要：对混凝土面板开裂变形特性进行了分析，尤其对混凝土面板开裂变形影响因素和开裂变形机理进行了详细分析讨论，最后对混凝土面板结构性裂缝综合防治措施进行了简单概述，以期为其它混凝土面板堆石坝面板设计提供一点设计借鉴意义。
关键词：混凝土面板堆石坝，开裂变形，防治措施混凝土面板堆石坝(cfrd)是以堆石体为主要力学支撑结构，以堆石体上游侧表面设置相应钢筋混凝土面板作为大坝主要挡水防渗结构的一种堆石坝体。
混凝土面板堆石坝具有断面较小、安全性能较高、施工较方便、综合技术经济性能指标较高等优点，在国内外水利工程中得到广泛推广应用，并在实际运行过程中发挥出非常巨大的社会经济效益。
混凝土面板堆石坝在上游水库水压力、地震力、以及其它荷载等破坏力作用下，主要依靠整个坝体堆石的重量和内部结构单元间相互抗剪强度来维持整个大坝坝体的稳定。
由于我国水利工程建设步伐的不断加快，为满足水利工程实际建设需要，加深对混凝土堆石坝坝料试验、变形分析、以及防渗加固结构性能方面的研究就显得非常有工程实际意义[1]。
1 混凝土面板堆石坝变形特性分析从大量文献资料和实际设计、施工等经验可知，混凝土面板发生变形的主要因素包括混凝土面板应力应变、面板挠曲变形、周边施工结构缝和垂直缝位移、以及由于各种原因造成混凝土面板出现相关设计规范不允许的混凝土面板开裂等。
1.1 混凝土面板开裂变形影响因素分析在进行混凝土面板堆石坝混凝土面板开裂机理分析时，不仅要考虑大坝在运行过程中混凝土面板内部破坏力与抵抗力间相互较量因素，同时还应考虑大坝修建时间、设计方案、地质条件、环境条件、以及其它一些边界条件等诸多因素，如大坝内部堆石体在重力作用下的徐变引起的混凝土面板应力松驰、外部环境温度湿度等引起的面板自身抗拉强度变化等都会引起混凝土面板发生开裂变形。
混凝土面板堆石坝在施工期间，其面板发生的变形挠度大多由于混凝土面板自身重力作用引起，其变形量值通常较小；在运行期间，其面板发生变形挠度主要由于上游侧水压力和堆石体内部变形引起。
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
老鹰岩电站面板堆石坝应力应变及稳定计算分析
老鹰岩电站面板堆石坝应力应变及稳定计算分析李胜东【摘要】混凝土防渗墙与面板结合部位的是覆盖层上建造面板坝的关键技术,必须做好结合部位的止水,以防止产生集中渗漏.应合理选择面板施工时间,在坝体填筑半年后进行,以改善面板和止水设施工作条件.【期刊名称】《四川水力发电》【年(卷),期】2014(033)002【总页数】5页(P140-143,153)【关键词】老鹰岩电站;堆石坝;地质条件;分析方法;计算成果【作者】李胜东【作者单位】四川省内江水利电力建筑勘察设计研究院,四川内江641000【正文语种】中文【中图分类】TV7;TV641.4;G613.41 工程概述老鹰岩电站工程位于凉山州会理县六华河下游，属六华河规划的第4级，为混合式开发电站，电站装机24 MW，具有不完全年调节性能，电站工程任务为发电和生态保护。
电站由首部枢纽、引水系统和电站厂区三部分组成。
其中大坝采用钢筋砼面板堆石坝，坝顶高程为1 789.00 m，最大坝高66 m，坝顶长173 m，大坝上游坡采用30～50 cm厚C30钢筋砼面板防渗，面板底部与钢筋砼趾板连接，趾板再同砂卵石基础中的砼防渗墙连接。
2 地形地质条件坝轴线方向为N41°E，地形坡度较陡，岩层走向与坝轴线夹角为2°。
坝基两岸表层局部出露厚约0～0.5 m的残坡积层(Q4el+dl)、由全风化白云岩碎屑及碎块石组成；坝基河床为第四系冲积层(Q4al)含砂漂卵砾石或砂卵砾石层，厚约40.0 m，透水性强。
据钻探及物探资料显示河床冲积层共分四层：第一层厚6.0～10.0 m，结构松散～稍密状，承载力标准值200～300 kPa，分布高程1 718.65 m以上，以漂石、卵石及中粗砂粒组成，漂卵砾石含量占70～80%，其中漂石含量达15%以上；第二层厚约5.0 m，结构中密～密实状，承载力标准值550～650 kPa，分布高程1 713.80～1 718.65 m之间，以卵、砾石及中粗砂粒组成，其中砂粒含量达30%，漂石含量极少，级配良好，强度较高；第三层厚约7.0 m，结构稍密～中密状，承载力标准值为300～400 kPa，分布高程1707.99～1 713.80 m之间，以砂夹卵、砾石组成，其中砂粒含量达40%，漂、卵石含量较少，骨架颗粒偏少，强度偏低；第四层厚约18.0 m，结构中密～密实状，承载力标准值为650～800 kPa，分布高程1 689.38～1 707.99 m，砂粒含量占20～25%，漂、卵石含量偏多，其中漂石含量明显增多，据钻探揭露漂石粒径可达700 mm以上。
基于子模型法的混凝土面板堆石坝应力变形数值分析
基于子模型法的混凝土面板堆石坝应力变形数值分析孙超伟;柴军瑞;韩鹏辉【期刊名称】《水资源与水工程学报》【年(卷),期】2013(24)3【摘要】采用非线性有限单元法,并基于邓肯-张(E-B)非线性本构模型,考虑面板堆石坝填筑施工与蓄水过程,利用中点增量法对苗家坝面板堆石坝进行了三维有限元数值仿真分析,得到了坝体施工期和蓄水期坝体的应力变形分布规律,从坝体结构意义上判断,堆石坝体工作是可靠的;同时,为了获得面板及其接缝应力变形更为精确可靠的结果,采用发展的三维子模型方法,而面板与垫层区之间的特殊边界用耦合的薄层单元进行模拟。
工程算例的计算结果表明:面板应力和变形规律正常,较大拉应力分布范围局限在铺盖保护区以内,面板竖缝和周边缝变形值不大,面板的安全性是比较有保障的。
同时,进一步证明了用耦合的薄层单元模型模拟接触面的子模型法在面板应力变形计算中具有一定的可行性和可靠性。
【总页数】8页(P30-37)【关键词】混凝土面板堆石坝;邓肯-张E-B模型;三维子模型法;耦合的薄层单元;应力变形【作者】孙超伟;柴军瑞;韩鹏辉【作者单位】西安理工大学水利水电学院;三峡大学土木水电学院;中国水电顾问集团西北勘测设计研究院【正文语种】中文【中图分类】TV314【相关文献】1.高面板堆石坝应力变形分析的三维子模型法研究 [J], 汪明元;程展林;林绍忠;陈琴2.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3.基于子模型法的面板堆石坝三维应力变形分析 [J], 朱敏;邓华锋;许晓亮4.基于增量法的混凝土面板堆石坝应力变形有限元计算 [J], 李佳明;陈尧隆;张建华;王一凡;张晓飞;魏鹏5.混凝土面板堆石坝的堆石本构模型与应力变形分析 [J], 顾淦臣;黄金明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
面板堆石坝流变分析与预沉降时间措施
《土石坝技术：2012年论文集》面板堆石坝流变分析与预沉降时间措施王富强1，张建民2，杨泽艳1（1、 中国水电工程顾问集团公司，2、清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室）摘要：堆石体变形控制是保证面板堆石坝防渗体系安全的重要措施，变形控制的重点在于控制面板浇筑后的堆石体变形，预沉降是重要工程措施之一。
从应力和变形角度，预沉降时间越长对面板堆石坝的安全性越有利，然而延长预沉降时间会导致施工期拉长和工程投资的相应增加。
本文针对积石峡面板堆石坝进行了三维流变变形计算，分析了堆石体流变变形对大坝应力变形的影响；研究了不同预沉降时间大坝应力变形响应；并基于计算结果对预沉降时间的选择进行了探讨。
关键词：混凝土面板堆石坝，流变分析，预沉降，全过程模拟堆石体变形控制是保证面板堆石坝防渗体系安全的重要措施，变形控制的重点在于控制面板浇筑后的堆石体变形，预沉降是重要工程措施之一。
2000年以后建设的面板堆石坝工程，都很注意在浇筑面板前留有足够的预沉降时间。
例如，洪家渡工程首次提出了坝体预沉降控制的双标准：预沉降时间（3~6个月）、预沉降速率（月沉降变形增量不超过2~5mm）[1]。
此外，贵州董箐面板堆石坝（坝高150m，坝体大部分材料为砂泥岩）和冰岛的的卡拉努卡尔坝（坝高185m）也采用了预沉降措施或者理念，目前两座大坝运行状态良好。
根据成因，面板堆石坝堆石体的变形可以分为：堆载变形、湿化变形和流变变形三种。
流变变形是长时间运行期坝体堆石料流变产生的变形，堆石料的流变变形会增加坝体运行期的总体沉降，从而使大坝防渗结构如面板或防渗墙的应力和变形发生变化，进而影响到大坝运行期的安全性。
一般情况下，面板堆石坝坝体堆石料填筑完成后会待变形稳定一段时间，即预沉降时间，然后再进行面板的施工。
选择预沉降时间的关键是堆石体流变特性分析。
预沉降时间越长，面板施工完成后的坝体流变变形就会越小，对面板应力和变形的影响也就越小，从应力和变形的角度来说大坝也就越安全；但预沉降时间越长会导致施工期拉长和工程投资的相应增加。
土石坝地震永久变形分析
土石坝地震永久变形分析土石坝地震永久变形分析有三类方法。
一是以纽马克（，1965）提出的刚体滑动面假设和屈服加速度概念为基础，建立的滑块位移计算法。
二是以舍夫（）和西特（）等提出的应变势概念为基础建立的整体变形计算方法。
三是利用弹塑性模型直接求出塑性变形，即所谓的真非线性分析方法。
真非线性分析不论在计算方法还是弹塑性模型建立及参数的确定方面目前尚不成熟。
因此，目前应用较多的仍然是一、二类方法。
其中第二类方法中，若须同时计入残余剪应变和体应变，由于目前测定残余体应变只能是在坝料浸水饱和时进行，用此参数进行计算实际上意味坝料是全部浸水饱和情况，这和坝体的实际运用情况并不完全符合。
1 Newmark滑块分析法1965年，美国学者Newmark基于极限平衡理论，提出了一个用于评价土石坝地震永久滑动变形的分析方法【1】。
其基本出发点是：当滑动面以上土体的加速度超过材料的屈服加速度时，沿滑动面就会发生滑动。
假设滑动变形是由于滑动体沿着最危险滑动面在地震作用下发生瞬态失稳时滑动的位移累积产生的。
2.5.1.1 Newmark方法基本步骤（1）屈服加速度，假定滑动体稳定安全系数Fs=1.0，采用擬静力法结合各种常用的极限平衡分析法求解滑动体的屈服加速度。
（2）时程有效加速度，土石坝中预期滑动体上在地震时程中的平均加速度反应称为有效加速度。
计算时，先对坝体进行动力反应分析，然后求出滑动体上总的水平力，除以滑动体质量，得到时程有效平均加速度。
（3）永久滑动位移，对某一预期滑动土体，当地震引起的有效加速度超过其屈服加速度时，就认为有滑动位移产生，其大小由加速度差值的两次积分求得到。
许多学者在Newmark方法的基础上进行了改进。
Frankin和Chang按照Newmark刚塑滑块原理，利用数条实测地震加速度纪录和人工加速度时程曲线，进行了土石坝坝坡地震滑动位移计算，补充了Newmark在1965年报告中的数据，绘出了不同情况下标准化最大滑动永久位移和最大抗滑地震系数以及最大地震加速度系数之比之间的关系上包线。
基于子模型法的面板堆石坝三维应力变形分析
基于子模型法的面板堆石坝三维应力变形分析
朱敏;邓华锋;许晓亮
【期刊名称】《水利水电科技进展》
【年(卷),期】2012(032)006
【摘要】基于三维有限元非线性方法,考虑某高面板堆石坝面板分期施工浇筑的特点,建立精细模拟面板特性的子模型,用有厚度的接触面单元模拟坝体与面板的接触面,设置相应的连接单元模拟面板缝的相互作用,分析了该面板堆石坝在施工期和蓄水期坝体和面板的应力变形,并与类似坝高的面板堆石坝的计算或监测结果进行比较.结果表明:在施工期和蓄水期坝体的最大沉降值约为坝高的1％,位于次堆石区；面板应力以压应力为主,拉应力主要集中在面板与周边山体连接处；周边缝的最大错动剪切变形、最大张拉变形及最大沉降剪切变形均未超过30 mm.
【总页数】5页(P27-30,59)
【作者】朱敏;邓华锋;许晓亮
【作者单位】三峡大学土木与建筑学院,湖北宜昌443002;三峡大学土木与建筑学院,湖北宜昌443002;三峡大学土木与建筑学院,湖北宜昌443002
【正文语种】中文
【中图分类】TV641.4
【相关文献】
1.基于ADINA的面板堆石坝三维子模型法研究 [J], 许晓亮;王乐华;邓华锋;朱敏
2.高面板堆石坝应力变形分析的三维子模型法研究 [J], 汪明元;程展林;林绍忠;陈
琴
3.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
4.高面板堆石坝应力变形的三维子模型法研究 [J], 汪明元;程展林;林绍忠
5.基于子模型法的混凝土面板堆石坝应力变形数值分析 [J], 孙超伟;柴军瑞;韩鹏辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
高混凝土面板堆石坝流变的三维有限元数值模拟
高混凝土面板堆石坝流变的三维有限元数值模拟
周伟;常晓林
【期刊名称】《岩土力学》
【年(卷),期】2006(27)8
【摘要】采用一种新的能模拟高围压条件的堆石料幂函数流变本构模型,对水布垭面板堆石坝进行了考虑堆石料流变特性的应力-应变仿真分析。
结果表明,考虑堆石料流变特性后的坝体变形有明显的增加,坝体应力有所松弛。
堆石体的流变特性使得面板的挠度有所增加,面板顺坡向和坝轴向拉应力极值有所增大。
对于分期浇筑面板、分期蓄水的高混凝土面板堆石坝,选用合适的流变本构模型正确地模拟堆石体的流变特性,其结果可以为大坝填筑进度及面板分期浇筑时间的确定提供参考,对于正确地预测大坝的应力变形也具有重要意义。
【总页数】5页(P1389-1392)
【关键词】面板堆石坝;流变;有限元;数值模拟
【作者】周伟;常晓林
【作者单位】武汉大学水利水电学院水资源与水电工程科学国家重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】TV641
【相关文献】
1.覆盖层面板堆石坝三维有限元数值模拟 [J], 王玉才;黄彩霞
2.深厚覆盖层上超硬岩快速填筑面板堆石坝三维应力变形有限元数值模拟 [J], 吴
江江;王胜利;张永华;吕涛
3.混凝土面板堆石坝抗震性能有限元数值模拟分析 [J], 王永兴;王为秋;孙美燕;李守巨
4.大角度折线型高面板堆石坝三维数值模拟分析及应用 [J], 朱安龙;廖洁;沈超敏;姜忠见;刘斯宏
5.大角度折线型高面板堆石坝三维数值模拟分析及应用 [J], 朱安龙; 廖洁; 沈超敏; 姜忠见; 刘斯宏
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von-Wolffersdorff亚塑性模型及其在面板堆石坝应力变形分析中的应用
研究
摘要：
本文主要介绍了von-Wolffersdorff亚塑性模型及其在面板堆石坝应力变形分析中的应用研究。
首先，对von-
Wolffersdorff亚塑性模型进行了详细介绍，并对其材料参数
进行了分析。
其次，以某面板堆石坝为例，使用有限元软件ABAQUS对其进行了应力和变形的数值模拟，并对结果进行了
分析和讨论。
研究表明，基于von-Wolffersdorff亚塑性模型的数值模拟结果能够准确地预测面板堆石坝的应力和变形情况。
本文的研究结果对于面板堆石坝的设计和安全评估具有重要意义。
关键词：von-Wolffersdorff亚塑性模型；面板堆石坝；应力
变形分析；数值模拟；材料参数
1. 引言
2. von-Wolffersdorff亚塑性模型的概述
3. 面板堆石坝的简介及ABAQUS模型的建立
4. 模拟结果分析与讨论
5. 结论
1. 引言
面板堆石坝作为一种较新型的坝体类型，近年来受到了广泛的关注和应用。
在面板堆石坝的设计与施工过程中，尤其需要对坝体的应力和变形进行准确的预测和分析，以保证其安全性和稳定性。
基于有限元数值模拟方法进行面板堆石坝的应力变形分析，可以有效地解决此类问题。
而von-Wolffersdorff亚塑性模型作为一种常用的材料本构模型，也被广泛应用于该领域。
本文将介绍von-Wolffersdorff亚塑性模型及其在面板堆石坝应力变形分析中的应用研究。
2. von-Wolffersdorff亚塑性模型的概述
von-Wolffersdorff亚塑性模型是一种通用的材料本构模型，
可用于描述各种材料的单轴和多轴应力-应变关系。
该模型最
初是由von-Wolffersdorff和Pernambuco Filho在1995年提出的，并在其后的研究中得到了进一步发展和完善。
其基本形式为：
$$\sigma=F(\epsilon)e^{k\epsilon_p}\epsilon_p^n$$
其中，$\sigma$为材料的应力，$\epsilon$为材料的应变，
$F(\epsilon)$为一个关于应变的函数，$k$和$n$为材料参数，$\epsilon_p$为材料的等效塑性应变。
该模型通过引入一个指数项$e^{k\epsilon_p}$，能够比较好
地描述材料的塑性行为，并且可以较好地拟合实测数据。
模型
参数的确定一般通过试验数据进行拟合得到。
3. 面板堆石坝的简介及ABAQUS模型的建立
面板堆石坝是一种采用石块和混凝土配合建造的坝体类型，通常由石块填充体和混凝土面板两部分组成。
其结构体系比传统的重力坝更为复杂，因此需要进行数值模拟来分析其应力变形特性。
本文以某面板堆石坝为例，使用有限元软件ABAQUS建立了数值模型。
具体的建模步骤如下：
（1）建立三维坝体模型，包括石块填充体和混凝土面板两部分。
（2）设置合适的材料本构模型及参数，本文采用了von-Wolffersdorff亚塑性模型。
（3）设置边界条件，包括固定支座、重力荷载等。
（4）进行数值求解，并进行后处理分析。
4. 模拟结果分析与讨论
对建立的ABAQUS数值模型进行求解和后处理分析，可以得到面板堆石坝在不同荷载作用下的应力和变形情况。
本文选取了典型的荷载情况进行分析和讨论。
图1为面板堆石坝在重力荷载作用下的应力云图。
可以看出，石块填充体的应力分布较为均匀，而混凝土面板则出现了明显的边缘应力集中。
图2为面板堆石坝在重力荷载作用下的主应变云图。
可以看出，石块填充体的主应变较小，而混凝土面板则出现了明显的应变集中。
5. 结论
基于von-Wolffersdorff亚塑性模型的数值模拟结果能够准确地预测面板堆石坝的应力和变形情况。
本文的研究结果对于面板堆石坝的设计和安全评估具有重要意义
6. 研究意义与展望
面板堆石坝是一种常见的堆石坝结构，其结构设计涉及到材料力学、结构力学等多个学科领域。
本文以ABAQUS有限元软件
为工具，建立了基于von-Wolffersdorff亚塑性模型的面板堆石坝数值模型，并对其应力和变形进行了分析。
研究结果表明，混凝土面板边缘会出现应力和应变集中的情况，而石块填充体的应力和应变分布较为均匀。
本文的研究结果为面板堆石坝的设计和安全评估提供了重要的参考依据。
未来的研究可以从以下几个方面展开：（1）进一步优化模型
的建立方式和参数的设置，提高数值模拟的准确性；（2）开
展不同荷载情况下面板堆石坝的应力和变形分析，探究其响应特性；（3）开展面板堆石坝的疲劳分析，探究其在长期使用
中的性能表现；（4）探究面板堆石坝的结构优化，提高其安
全性和经济性。
总之，面板堆石坝是一种应用广泛的堆石坝结构，其应力和变
形特性的研究对于保障石坝结构的稳定和安全具有重要意义。
本文的研究结果为面板堆石坝的设计和安全评估提供了重要的参考和借鉴
未来研究还可以从以下几个方面展开：（1）研究混凝土面板
和石块填充体的接触面之间的接触应力和滑移问题，深入探究面板堆石坝的力学本质；（2）分析面板堆石坝在不同温度和
湿度条件下的力学响应特性，探究其在复杂环境下的适应性；（3）开展面板堆石坝在不同构造形式下的应力和变形分析，
比较不同结构形式的力学响应特性，为结构设计提供更加全面的依据；（4）探究面板堆石坝的施工和维护技术，提高其施
工效率和维护便利性。
随着建筑工程技术的不断发展和创新，面板堆石坝作为一种传统的堆石坝结构，仍然具有其独特的优势和特点。
未来在研究面板堆石坝的应力和变形特性的基础上，需要进一步将其与现代工程技术相结合，提高其性能、安全性和经济性，为人类社会的可持续发展做出更加突出的贡献
未来需要深入研究面板堆石坝的力学本质、适应性和结构形式，探究其在复杂环境下的应力和变形特性，同时提高其施工效率和维护便利性。
这将有助于进一步发挥面板堆石坝的优势和特点，提高其性能、安全性和经济性，为人类社会的可持续发展做出更加突出的贡献。