高心墙堆石坝高塑性粘土区域的影响分析

摘要

堆石坝是以堆石体作为支承，而以土、混凝土或沥青混凝土等材料作为防渗体的一种坝型。它是土石坝的一种，这种坝的优点是可以充分利用当地天然材料，能适应不同的地质条件，施工方法比较简便，抗震性能好等。随着土力学理论的提高和大型振动碾等机械的出现，心墙堆石坝在20世纪60年代出现了高速发展的局面，经过几十年的发展，土质心墙堆石坝己逐渐成为世界上高坝建设的主流坝型之一。 覆盖层上高心墙堆石坝建设中的一个突出问题就是坝基的渗透。在心墙一混凝土防渗墙一防渗帷幕传统的防渗体系当中，两两连接的地方会是防渗体的薄弱部位，尤其是心墙与防渗墙的连接。连接效果差会使混凝土防渗墙处于高应力状态，心墙产生裂缝，严重威胁大坝防渗体系的安全。为了避免此种现象的发生，一般的处理方法是在过渡区设置高塑性粘土，但是设置区域的大小对其周边坝体区域和混凝土防渗墙应力应变的影响目前还缺乏系统的研究。 本文以一实例工程长河坝针对心墙与混凝土防渗墙的连接部位进行了二维和三维非线性有限元分析，总结了一些有益的结论和规律，这对于实际工程的设计与施工具有一定的指导作用，所做的主要工作如下： 1、介绍了国内外心墙堆石坝的发展过程，陈述了混凝土防渗墙和廊道在堆石坝中的受力特点以及堆石料所采用的本构模型。 2、调试主程序，在ANSYS有限元分析软件中建立各方案的计算模型，编制前处理程序用于生成INPUT输入文件。 3、编制后处理程序与TECPLOT10.0绘图软件进行连接，用于分析计算结果。 4、通过对大渡河上长河坝实际工程的二维和三维模型的非线性有限元计算，详细地分析了廊道周围不同高塑性粘土区域在竣工期和蓄水期对其周边坝体区域和混凝土防渗墙应力应变的影响。总结出设置适宜的高塑性粘土区域，在没有大幅度地增加坝体沉降的同时，可以有效降低廊道和混凝土防渗墙的大主应力，从而改善其工作状态，确保大坝整个防渗体的安全。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1心墙堆石坝的发展进程

1.2混凝土防渗墙概况及其连接型式

1.2.1混凝土防渗墙简介

1.2.2混凝土防渗墙与心墙的连接

1.3问题的提出

1.4本文研究的主要内容及意义

2有限元数值分析方法

2.1有限单元法的由来及发展趋势

2.2空间等参单元的数学力学分析

2.2.1等参单元的位移模式

2.2.2等参单元中的Jacobi矩阵

2.2.3等参单元的劲度矩阵及其求解

2.3本章小结

3堆石坝有限元计算模型及其理论

3.1堆石料的本构模型

3.1.1增量虎克定律

3.1.2切线弹性模量

3.1.3卸载变形模量

3.1.4切线泊松比和切线体积模量

3.2接触面的本构模型

3.3混凝土材料的本构模型

3.4中点增量法

3.5本章小结

4高塑性粘土区域的影响分析

4.1工程概况

4.2 二维有限元分析

4.2.1计算方案

4.2.2材料参数

4.2.3结果分析

4.3三维有限元分析

4.3.1计算方案

4.3.2计算模型

4.3.3结果分析

4.4本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间科研项目及发表学术论文情况

致 谢