石砭峪水库大坝面板破裂机理分析

摘要

混凝土面板堆石坝由于其良好的安全性、经济性和适应性，从20世纪70年代起就迅速发展，坝高逐渐增高，工程规模日趋增大，已成为当今世界上发展最快的坝型，也是我国水利水电行业重点推广的坝型之一。作为主要防渗体的混凝土面板，对大坝的安全和正常运行起着关键作用，一旦出现裂缝，在高水头作用下，将沿裂缝漏水，严重时甚至引起坝体渗透破坏。 本文结合遇到的实际工程问题，以石砭峪沥青混凝土面板堆石坝为背景，对实际情况进行模拟，堆石体材料采用邓肯E—B模型为本构模型，运用大型有限元计算分析软件ANSYS进行非线性有限元计算，分析石砭峪沥青混凝土面板堆石坝的应力变形规律，总结得到该坝产生裂缝的主要原因。本文主要工作及结论如下： 1、模拟石砭峪沥青混凝土面板堆石坝实际工程，进行非线性有限元计算，对比研究了完建期、蓄水期、运行期和设计水位下四种工况的计算结果，得到不同工况下坝体堆石体与面板的应力应变变化规律。经分析发现，随着水位升高，面板大主应力数值相应增大，但不同工况下应力分布规律基本相同。人工堆石体与爆破堆石体材料分界面对应的700m高程位置附近面板应变值比相邻区域大，为裂缝易开展位置。 2、结合石砭峪水库大坝沥青混凝土材料室内参数试验，将得到的沥青混凝土的弹性模量、泊松比、破坏强度等数据与模型分析结果比较，发现沥青混凝土材料本身质量问题为坝体蓄水运行时面板产生裂缝埋下了隐患。人工堆石体与爆破堆石体的材料分层引起的应力集中是裂缝产生的主要原因。

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第一章绪论

1.1面板堆石坝概况

1.2我国混凝土面板堆石坝的现状

1.3混凝土面板堆石坝的特点

第二章面板堆石坝面板开裂的机理

2.1面板裂缝的分类

2.1.1收缩性裂缝

2.1.2结构性裂缝

2.2面板裂缝开裂机理的研究现状

2.3本文的主要工作

第三章面板堆石坝有限元计算理论

3.1堆石材料的本构模型

3.1.1非线性弹性模型

3.1.2弹塑性模型

3.2有限单元法基本原理

3.3 ANSYS软件功能简介

3.3.1 ANSYS软件的功能

3.3.2 ANSYS仿真功能

3.3.3 Newton-Raphson非线性解法

第四章石砭峪水库大坝面板破裂机理分析

4.1工程概况

4.2地形与地质条件

4.3工程问题

4.4坝体模型

4.4.1坝体材料参数

4.4.2坝体计算模型

4.4.3计算工况及荷载

4.5石砭峪面板坝堆石体应力变形计算成果分析

4.5.1完建期应力变形计算成果

4.5.2蓄水期应力变形计算成果

4.5.3运行期应力变形计算成果

4.5.4设计水位应力变形计算成果

4.6混凝土面板应力变形计算成果分析

4.6.1面板应力计算成果

4.6.2面板变形计算成果

4.7石砭峪水库大坝沥青混凝土材料参数试验分析

4.7.1实验原理与试验方法

4.7.2试验结果

4.8主要结论

第五章结论与展望

参考文献

致谢