土石坝有限元分析

土石坝有限元分析

1 •问题描述

采用邓肯-张模型对土石坝施工过程和蓄水状态受力情况进行分析，选择通用有限元分 析软件ANSYS 作为研究平台，计算土石坝竣工期竖向方向沉降、水平方向沉降、最大主应 力和最小主应力情况。坝体结构示意图如图

1所示。本文主要完成以下工作：采用 ANSYS

内部参数化设计语言 APDL 编写邓肯-张模型计算材料弹性参数；使用中点增量法计算每步施 工单元材料弹性参数；

根据位移修正算法，编写专用程序对计算结果进行处理，

获得坝体沉

降云图。(本文针对每个步骤提供相应的 APDL 程序，方便后续研究人员进一步研究，也希

望阅读本文的读者能够将自己的研究成果与大家分享。

相关程序可能存在错误， 笔者也未能

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1各分区材料的物理力学参数

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仿真分析结果如下图。

图2竖向沉降位移云图

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图4最大主应力云图

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仿真分析流程图如下图。

图6仿真分析流程图

2 •关键仿真分析过程

2.1网格划分与单元组件创建

当几何模型比较规则时，尽可能采用映射方式划分网格，网格分布规则，位移结果过渡光滑一些。一般情况下几何模型比较复杂，此时建议将截面网格尺寸设置小一些，可以设置为每次浇筑层厚度的四分之一。采用扫略的方式划分网格，扫略方向可以设置少一些网格，

控制整体网格数量。有限元网格模型如下图。

图7有限元网格模型

坝体浇筑分为13步完成，每次浇筑层厚度为1m，根据竖向坐标选取浇筑层单元，仓U 建单元组件，如图8和图9所示。

图8创建单元组件

图9单元示意图

相关命令流程序如下: ! 单元分组

================ vsel,s,loc,y,0,13.2 alls,below,volu cm,ebar,elem cm,n bar, node ystep=13.2/13 ytorl=0.2 *do,i,1,13

cmsel,s ,n

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cmsel,s,ebar

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组件名格式为exx *enddo

2.2初始应力场计算

初始应力场计算时，采用生死单元法抑制所有填筑层土体， 仅保留地基土体处于激活状 态。由于地基部分包含了两种土层：基岩和地表覆盖层。所以分为两步计算土体初始应力场。

图10地基最小主应力分布云图

相关命令流如下:

! 求解器

!==================================================

选择坝体几何体 选择坝体单元和节点 创建单元组件ebar 创建节点组件nbar

浇筑层厚度 选择重叠区域范围 循环建立每步浇筑层组件

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