塑性混凝土心墻壩應(yīng)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(diǎn)被廣泛應(yīng)用。工程實(shí)踐表明,普通混凝土防滲心墻存在著各種各樣的缺點(diǎn),比如說彈性模量高、極限應(yīng)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(qiáng)比較低等優(yōu)點(diǎn),比普通混凝土更好地適應(yīng)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(yīng)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(yīng)力

2、變形的分析較少,壩體內(nèi)設(shè)置塑性混凝土心墻的理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于實(shí)踐需要,甚至制約了該項(xiàng)技術(shù)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(yīng)力變形特性進(jìn)行深入的研究。
　　本文以塑性混凝土心墻壩的應(yīng)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(shè)計及力學(xué)性能等進(jìn)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(gòu)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(jìn)行了系統(tǒng)分析,并選擇了

3、相應(yīng)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(yīng)力變形分析中的相關(guān)問題進(jìn)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(shí)現(xiàn)方法;最后,結(jié)合工程實(shí)例,運(yùn)用三維有限元法,進(jìn)行了竣工期與蓄水期兩種工況下塑性混凝土心墻壩的應(yīng)力變形分析計算,得到了不同工況下塑性混凝土心墻壩應(yīng)力變形分布規(guī)律,并進(jìn)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(yīng)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(yīng)力變形特性。通過上述工作,本文獲得以下結(jié)論:
　　(1)運(yùn)用三維非線性有限元法對大壩應(yīng)力變形進(jìn)行分析計算,結(jié)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(zhì)土壩一致,大壩的大、小主應(yīng)力分布基本均為壓應(yīng)力,從壩面向壩內(nèi)應(yīng)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(yīng)力。
　　(2)通過對塑性混凝土心墻應(yīng)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(yīng)力狀態(tài)及適應(yīng)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(yīng)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(yīng)力均有所增加,但增加幅度較小,表明心墻越厚,結(jié)構(gòu)越安全;覆蓋層厚度的變化,心墻與壩體的變形協(xié)調(diào)和墻體的應(yīng)力變形曲線形狀沒有變化,但墻體的應(yīng)力變形大小發(fā)生一定的變化,在今后的設(shè)計中應(yīng)予以關(guān)注。