基于XFEM的大坝面板脱空三维模拟分析

摘要

混凝土面板与堆石体之间由于变形不协调导致的面板脱空是面板堆石坝工程中常见的现象,严重时可引起面板的开裂并进而威胁大坝的整体安全.因此,非常有必要计算分析面板是否会出现脱空以及脱空值的大小.针对以往的计算方法难以在直观性、计算精度和容易实施之间取得平衡的现状,本文尝试将脱空视为物体内部不连续界面发生的相对位移,用扩展有限元法(XFEM)进行模拟分析.首先将一种复合式XFEM 接触本构模型扩展到三维,实现在三维条件下XFEM 对不连续界面发生张开和错动的表述;然后,通过一个滑块模型算例用自编程序和ABAQUS 的接触力学方法进行了模拟和对比,验证了这种三维界面接触算法的正确性;最后,以天生桥面板堆石坝为算例计算了面板部位的脱空情况并与实测值和对偶mortar方法的计算结果进行了对比,验证了该方法计算大型实际工程的能力.