考虑渗流作用下的坝基深层抗滑稳定性研究

摘要

重力坝作为水利枢纽建设的主要坝型之一,其坝基深层的抗滑稳定安全性一直是工程设计中最关键和最受关注的问题。随着我国水电事业的高速发展,目前拟建或在建的高混凝土重力坝规模越来越大,坝基的地质条件和稳定性能也变得越来越复杂。地基内断层、软弱夹层等不连续结构面的存在,给有限元模型的构建和分析带来了极大的困难,研究重力坝深层软弱夹层的材料本构特性、考虑渗流场与应力场的耦合对坝基整体应力及变形的影响,有其重要的理论意义和实用价值。
　　介绍了接触面单元在在工程中的具体应用,同时详细介绍了由 Desai所提出的有厚度接触面单元即薄层单元的应力-应变非线性特性,推导了其在整体坐标系下的弹性矩阵,以 Drucker-Prager为屈服准则和Drucker-Prager型函数为势函数编写了针对基岩夹层的弹塑性本构程序,最后通过一个例子验证了本程序的精度。
　　分析了扬压力的概念,综述目前在数值分析中扬压力施加的各种方式,详细分析各种方式的具体思路及不足之处,研究了渗流场对应力场的影响,并运用典型算例对扬压力施加的几种不同方式进行分析,结果表明考虑渗流应力耦合所计算出的结果值(应力、位移)普遍小于传统方法水荷载计算结果,于实际情况也更接近。
　　通过典型算例分析不同失稳判据对最终结果的影响,发现突变性判据中的三种失稳判据(关键点位移突变、能量突变、塑性区贯通)所得到的抗滑稳定安全系数相差不大,以计算不收敛为失稳判据得到的安全系数相对较大。建议采用以塑性区贯通为主要安全判据,并综合考虑其它判别方式。
　　利用ABAQUS有限元分析软件,考虑渗流场作用下,结合自编的弹塑性本构模型,对金安桥重力坝进行深层抗滑稳定性分析,最后采用规范中所建议的极限承载能力验算式对大坝的抗滑稳定性进行了复核,其极限承载能力的计算结果表明,岸坡坝段群各坝段深层抗滑稳定核算值均满足规范要求。
　　文章最后根据研究成果提出了一些具有一定学术价值的结论以及与实际工程密切关联的建设性建议,并对未来发展趋势进行了展望。

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引 言

1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 本文主要研究内容

2 材料非线性与渗流问题的有限元分析

2.1 有限单元法基本原理

2.2 渗流问题理论及分析

2.3 非线性有限元分析方法

2.4 本章小结

3 基岩夹层本构特性分析及数值实现

3.1 薄层单元应力-应变特性的表述

3.2 程序编制

3.3 程序验证

3.4 本章小结

4 失稳判据与水荷载处理研究

4.1 失稳判据的探讨

4.2 水荷载处理研究

4.3 本章小结

5 重力坝深层抗滑稳定性分析

5.1 工程概况

5.2 计算模型与荷载

5.3 渗流场作用下大坝整体稳定安全性评价

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

后 记

附 录