冰的温度膨胀力作用下高寒地区面板堆石坝应力应变仿真研究

摘要

混凝土面板堆石坝（CFRD，Concrete Face Rockfill Dam）因其施工进度快、运行可靠、维修方便和对不同地形、地质条件良好的适应性，已成为青海省这一高寒地区一种非常常见的坝型。由于高寒地区冰封期时间长、温度低，水库极易结冰，同时，青海高寒地区日温升大，冰盖会在周围约束作用下会产生温度膨胀力。国内外学者对冰的温度膨胀力对闸室、渡槽等的不利影响做了较多的研究，但对因高寒地区较大日温升引起的冰的温度膨胀力对CFRD应力应变影响的研究还属首次。
　　本文介绍了冰的本构模型及有限元计算方法，通过系统的仿真试验，对水库冰盖的温度膨胀力分布规律进行了研究；总结了CFRD的发展过程，介绍了堆石料和特殊边界的本构模型，编写基于ANSYS APDL的适合CFRD仿真计算程序，对某CFRD的堆石体和混凝土面板在竣工期和运行期的应力应变规律进行了系统分析；对冰的温度膨胀力对CFRD应力应变的影响进行了仿真研究。
　　研究结果表明：仿真计算得到的CFRD的应力应变符合其一般规律；高寒地区冰的温度膨胀力主要分布在冰的上部15cm处，冰盖表面的极值约为260KPa，这一数量级的应力对高寒地区CFRD的堆石体的应力应变及混凝土面板的应变产生的影响较小，可以忽略；冰的温度膨胀力使其作用范围内的混凝土面板局部产生了较大的拉应力，接近混凝土的抗拉强度，应引起足够重视。

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第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 冰的温度膨胀力研究现状

1.3 CFRD研究现状

1.4 研究目标

1.5 本文研究的主要内容

1.6 本文研究的创新之处

第2章 CFRD本构关系及仿真流程

2.1 堆石料的本构关系

2.2 CFRD特殊边界的本构关系

2.3 CFRD堆石料仿真流程

2.4 混凝土面板细部仿真流程

2.5 本章小结

第3章 冰的本构模型及冰盖仿真原理

3.1 冰的本构模型

3.2 冰的温度膨胀力计算原理

3.3 冰的温度膨胀力仿真流程

3.4 本章小结

第4章 CFRD应力应变仿真分析

4.1 工程实例

4.2 仿真结果及分析

4.3 混凝土面板的仿真

4.4 本章小结

第5章 高寒地区水库冰的温度膨胀力分布规律

5.1 工程实例

5.2 直立墙约束的冰盖温度膨胀力

5.3 斜坡约束下冰的温度膨胀力

5.4 本章小结

第6章 冰的温度膨胀力对CFRD的影响

6.1 冰的温度膨胀力作用下堆石体应力应变

6.2 冰的温度膨胀力作用下混凝土面板的应力应变

6.3 本章小结

第7章 结论与展望

结论：

展望：

参考文献

致谢

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