塑性混凝土心墻壩應力變形有限元分析.pdf

1、混凝土防滲心墻是土石壩工程中重要的防滲型式之一,因其防滲效果良好,施工方便等優(yōu)點被廣泛應用。工程實踐表明,普通混凝土防滲心墻存在著各種各樣的缺點,比如說彈性模量高、極限應變小,使得墻體易出現(xiàn)裂縫。針對普通混凝土存在的各種問題,塑性混凝土表現(xiàn)出滲透系數(shù)較小、彈性模量與模強比較低等優(yōu)點,比普通混凝土更好地適應周圍土體變形,這使得塑性混凝土在防滲工程中得到廣泛的應用。目前,人們對壩基塑性混凝土防滲墻受力變形情況的研究較多,對塑性混凝土心墻應力

2、變形的分析較少,壩體內設置塑性混凝土心墻的理論研究遠遠落后于實踐需要,甚至制約了該項技術的推廣。因此,為確保這類水庫大壩的工程安全,有必要對塑性混凝土心墻的材料特性及應力變形特性進行深入的研究。
　　本文以塑性混凝土心墻壩的應力變形問題為研究對象,首先,對塑性混凝土的材料組成、配合比設計及力學性能等進行了系統(tǒng)分析;其次,對塑性混凝土心墻壩有限元分析中的本構模型、接觸面模擬、施工加載和蓄水過程的模擬等理論問題進行了系統(tǒng)分析,并選擇了

3、相應的模型及模擬方法;再次,就ABAQUS有限元軟件在塑性混凝土心墻壩應力變形分析中的相關問題進行了研究,提出了Duncan-Chang E-B模型、Goodman無厚度接觸單元、分期施工及蓄水過程等在ABAQUS中的實現(xiàn)方法;最后,結合工程實例,運用三維有限元法,進行了竣工期與蓄水期兩種工況下塑性混凝土心墻壩的應力變形分析計算,得到了不同工況下塑性混凝土心墻壩應力變形分布規(guī)律,并進行了墻體材料、墻體厚度以及覆蓋層厚度三種因素對塑性混凝

4、土心墻應力變形特性的影響分析,揭示了不同條件下塑性混凝土心墻的應力變形特性。通過上述工作,本文獲得以下結論:
　　(1)運用三維非線性有限元法對大壩應力變形進行分析計算,結果表明,在竣工期和蓄水期,壩體的水平位移及垂直位移的分布特征與一般均質土壩一致,大壩的大、小主應力分布基本均為壓應力,從壩面向壩內應力逐漸增大,且最大值發(fā)生在壩體底部的心墻附近,上下游壩面局部存在較小的拉應力。
　　(2)通過對塑性混凝土心墻應力變形性態(tài)的

5、敏感性分析,得到塑性混凝土心墻在靜水壓力荷載作用下的應力狀態(tài)及適應變形能力明顯優(yōu)于普通混凝土心墻,并且隨著彈性模量的增高,心墻最大主應力有增大的趨勢;不同厚度的塑性混凝土心墻位移最大值發(fā)生的部位與數(shù)值相差不大,隨心墻厚度的減小,心墻的大、小主應力均有所增加,但增加幅度較小,表明心墻越厚,結構越安全;覆蓋層厚度的變化,心墻與壩體的變形協(xié)調和墻體的應力變形曲線形狀沒有變化,但墻體的應力變形大小發(fā)生一定的變化,在今后的設計中應予以關注。