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

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