空腹重力坝断面形状优化设计研究

摘要

空腹重力坝是一种常见的坝型，即在重力坝坝体内设立一个空腔，既可以节约坝体混凝土量，又可以减少坝体与坝基的接触面积，从而减小坝底扬压力。目前国内外对空腹重力坝进行了大量的结构分析和数值模拟研究，取得了较好的成果，但大多只针对某工程实例进行研究，没有对其进行全面系统的对比分析。尤其是空腹重力坝的断面形状及尺寸，直接影响到大坝的应力、稳定及工程量的大小。目前对不同形状空腔结构的对比分析、不同高跨比对空腹重力坝坝体应力的影响研究还不够全面和系统，因此有必要进行空腹坝断面体型优化研究，为空腹重力坝设计与施工提供理论依据。
　　本文以蓝田岱峪水库浆砌石空腹重力坝为依托，利用有限元软件ABAQUS建立多种空腹重力坝断面模型，进行了了以下几方面研究:
　　1、利用ABAQUS软件建立了扇形空腔形状的空腹重力坝模型，进行了初始地应力场的分析;对比分析了在不同工况下坝体的应力大小和位移分布、在工况Ⅱ（设计洪水位）条件下不同空腹参数空腹重力坝的应力大小及位移分布。
　　2、利用ABAQUS软件建立了参数优化的扇形空腔形状空腹重力坝模型，对比分析了城门洞形以及腹孔上游、下游边墙均倾向上游型空腔形状的空腹重力坝在此开孔率下的应力大小及位移分布。通过分析，发现空腹重力坝和重力坝的受力状况相同，随着开孔率的增大，同种空腔形状的空腹重力坝坝踵和空腔内部的拉应力呈逐渐增大的趋势;还要根据空腹内设置的电站厂房、开关站、放水闸门等确定空腹的开孔率;空腔内的拉压应力主要出现在拱顶偏左以及空腔底部偏右处，若着重考虑受力情况，建议在实际工程施工中选择腹孔上游、下游边墙均倾向上游型空腔形状。若考虑空腔内的设置时，则根据具体情况而定。
　　3、分析了各个空腔形状空腹重力坝的抗滑稳定性;结果表明三种空腔形状下的空腹重力坝均满足抗滑稳定性要求;
　　4、依据模型数值计算（抗滑稳定性、应力分布等）的结果，校核了岱欲空腹重力坝坝原设计方案的合理性和可行性，提出了相应的修改与完善方案，对该坝坝体体型进行了优化。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及问题的提出

1．2 空腹重力坝结构设计的国内外研究状况

1．2．1 国内外关于空腹重力坝的主要研究内容

1．2．2 空腹重力坝的结构分析方法

1．2．2 空腹重力坝抗滑稳定分析方法

1．2．3 亟待进一步研究的问题

1．3 本项目研究内容、研究目标及实施方案

1．3．1 研究内容

1．3．2 实施方案

第二章 基本理论

2．1 有限元法分析问题的基本理论和步骤

2．1．1 有限元模型的构建

2．1．2 结构的离散化

2．1．3 单元分析

2．1．4 整体分析和有限元求解

2．1．5 结果后处理和分析

2．2 非线性有限元法的基本理论

2．3 ABAQUS典型分析过程

2．4 本章小结

第三章 空腹重力坝有限元模型构建

3．1 工程实例简介

3．2 模型计算剖面及基本参数的确定

3．2．1 大坝剖面尺寸确定

3．2．2 模型计算的基本参数

3．3 有限元模型介绍

3．3．1 计算模型基本假定

3．3．2 有限元网格划分原则

3．3．3 静力分析有限元模型介绍

3．4 荷载的计算方法

3．5 模型分析方案及工况的选择

3．6 本章小结

第四章 空腔参数对其应力及稳定的影响分析

4．1 地应力场的施加

4．1．1 初始地应力平衡前后的应力值对比分析

4．1．2 初始地应力平衡前后的位移值对比分析

4．2 扇形空腹坝方案—非线性有限元分析及抗滑稳定分析

4．2．1 空腹重力坝的应力控制部位

4．2．2 扇形空腔形状方案—工况Ⅰ计算结果分析

4．2．3 方案—工况Ⅰ沿坝基面的抗滑稳定分析

4．2．4 扇形空腔形状方案—工况Ⅱ计算结果分析

4．2．5 扇形空腔形状方案—工况Ⅱ沿坝基面的抗滑稳定分析

4．2．6 两种工况对比分析

4．3 扇形空腹重力坝各个方案非线性有限元对比分析

4．3．1 方案二(开孔率9．27％，空腹高10．98m，净跨比0．30)

4．3．2 方案三(开孔率10．45％，空腹高11．48m，净跨比0．32)

4．4 空腹参数对空腹重力坝应力、位移的影响分析

4．5 最优空腹坝参数的确定

4．6 本章小结

第五章 空腔形状对其应力及稳定的影响分析

5．1 分析思路

5．2 城门洞形的非线性有限元分析

5．3 腹孔上、下游边墙均倾向上游形的非线性有限元分析

5．4 三种空腔形状非线性有限元分析对比

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢

读研期间发表的论文及参加的科研项目