大坝内应力分析
河海水工建筑物 2-3-1重力坝稳定和应力
分项系数法基本公式
对承载能力验算表达式为：
基本组合：
偶然组合： 0S( GGk , QQk ,k )
1
d
R( fk
m
,k )
0S( GGk , QQk , Ak , ak )
1
d
R( fk
m
, ak )
γG永久作用分项系数； γ0结构重要性系数; γQ可变作用分项系数； φ设计状况系数; GK永久作用标准值； QK可变作用标准值； αK几何参数标准值； fK材料性能标准值； γm材料性能分项系数； AK偶然作用标准值； γd结构系数
具体：
（1）坝基面抗滑稳定的承载能力极限状态：
★按承载能力极限状态校核：应按材料的标准值和荷载的标准值或代表值分别计 算基本组合和偶然组合两种情况。
★ S(*)为作用效应函数，S(*)＝∑PR ∑PR为作用于滑动面之上的全部切向（包括滑动面之上的岩体）作用之和；
★ R(*)为抗力函数，R(*)＝∑f ’R∑WR + c’R AR ∑黏W聚R滑力动。面上全部法向作用之和,f ’R坝基面抗剪断摩擦系数，c’R坝基面抗剪断
评价：该方法有长期的实践经验，目前我国重力 坝设计规范中的强度标准就是以该法为基 础的。
2°弹性理论解析法
该法的力学模型和数学解法均很严密，但前只有 少数边界条件简单的典型结构才有解。
评价：可用于验证其他方法的精确性，有重要 价值。
3°弹性理论差分法
该法力学模型严密，在数学解法上采用差分格式， 是一种近似的方法。
1、单斜面深层抗滑稳定计算
坝基深层单滑动面抗滑稳定计算可参照坝体混凝 土与基岩接触面抗滑稳定计算方法进行，抗滑稳定极 限状态计算应沿软弱结构面进行。
重力坝的应力分析
第四节重力坝的应力分析
目的：
1、为了检验大坝在施工期和运用 期是否满足强度要求；
2、为解决设计和施工中的某些问 题，如砼分区，某些部位的配 筋等提供依据。
应力分析的过程：
1、进行荷载计算及荷载组合 2、选择合适的方法进行应力计算 3、检验大坝各部位的应力是否满
足强度要求
第四节 重力坝的应力分析
u ( pu yu)n
d ( yd pd )m
3、水平正应力
已知、，由上游微分体的平衡条件得：
xu pu un pu ( pu yu )n2
xd pd dm pd ( yd pd )m2
4、边缘主应力
由于两个主应力面互相正交，由微分体
的平衡条件
Fy 0
1u (1 n2) yu pun2
pu用 pu-puu代入 pd 用pd-pdd代入 2、求解坝内应力 可先不计扬压力计算、x、y，然后再 叠加由扬压力引起的应力
四、强度指标
用材料力学分析坝体应力时，重力坝设计规范规 定的强度指标。 (一)、坝基面的σy应符合下列要求
（1）运用期：在各种荷载组合下（地震荷载除外） （2）施工期
(二)、坝体应力要求
2u pu
1d (1 m2) yd pd m2
2d pd
第四节 重力坝的应力分析
基于BIM技术的水利工程坝体稳定性和应力分析探讨
SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯基于BIM 技术的水利工程坝体稳定性和应力分析探讨袁东(洪湖市水利勘测设计院湖北洪湖433200)摘要：BIM 技术的出现，标志着水利水电行业进入一个新的阶段，BIM 技术的应用已经是水利行业发展的必然趋势。
该文基于BIM 技术，选用CATIA 软件作为三维设计平台以及ANSYS 软件作为结构分析平台，利用两者之间数据文件接口，在CATIA 平台创建重力坝挡水坝段三维参数化模型后导入ANSYS 平台进行抗滑稳定和应力分析，并根据模拟计算结果进行设计方案调整直至满足强度和稳定要求，实现开发出一套基于BIM 技术的集CAD/CAE 一体化的重力坝参数化设计方法。
关键词：BIM 三维CAE 重力坝坝体中图分类号：TV642.3文献标识码：A文章编号：1672-3791(2021)10(b)-0066-03Analysis and Discussion on Dam Stability and Stress of HydraulicEngineering Based on BIM TechnologyYUAN Dong(Honghu Water Resources Survey and Design Institute,Honghu,Hubei Province,433200China)Abstract:The emergence of BIM Technology marks that the water conservancy and hydropower industry has en‐tered a new stage.The application of BIM Technology has been the inevitable trend of water conservancy industry development.In this paper,based on BIM Technology,CATIA software is selected as the 3D design platform and ANSYS software as the structural analysis platform,by using the data file interface between them,the three-dimensional parametric model of gravity dam retaining section is created on CATIA platform and then imported into ANSYS The anti sliding stability and stress of the platform are analyzed.Then,According to the simulation re‐sults,the design scheme is adjusted to meet the strength and stability requirements,and a set of parametric design method of gravity dam integrating CAD /CAE based on BIM Technology is developed.Key Words:BIM;3D;CAE;Gravity dam;Dam body大多数水利水电工程都是在复杂的水文地质条件下设计和建造的，过程漫长、复杂，效率低下。
拱坝的应力分析简介和强度控制指标课件
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总结词：有效监控
详细描述：该案例探讨了某拱坝施工过程中应力监测的重要性，通过实时监测和数据分析，实现了对 施工过程的精确控制和安全预警。
案例三：某拱坝的运行监测和应力控制
总结词：长期稳定
详细描述：该案例分析了某拱坝在运行过程 中的应力变化和稳定性，通过长期监测和反 馈控制，确保了拱坝运行状态的稳定和安全
通过精心设计拱坝的形状和尺寸，可以降低应力集中程度，提高 拱坝的应力控制性能。
增加拱坝材料的强度
选择高强度材料可以增强拱坝的抗拉和抗压性能，降低应力水平。
设置观测点
在设计阶段，为拱坝设置合理的观测点，以便在施工和运行过程中 及时发现应力异常情况。
拱坝施工中的应力控制措施
控制施工顺序
合理安排拱坝施工顺序，优先施工关键部位，确 保拱坝在施工过程中受力均匀。
拱坝的应力分析简介 和强度控制指标
contents
目录
• 拱坝概述 • 拱坝的应力分析 • 拱坝的强度控制指标 • 拱坝设计和施工中的应力控制措施 • 案例分析
01
拱坝概述
拱坝的定义和特点
拱坝是一种大体积的抛物线形薄 壳结构，主要由混凝土或岩石等
材料构成。
拱坝具有承受压力和弯曲应力的 能力，同时具有较小的拉应力。
应力是指物体内部单位面积上所承受的力，是物体内部产生变形和 断裂的主要因素。
应力分析的目的
应力分析的目的是为了研究物体的应力分布状态，预测其可能发生 的变形和断裂位置，从而采取相应的措施进行优化设计或加固处理 。
应力分析的基本原理
应力分析的基本原理是建立在材料力学、弹性力学等基础上的，通过 建立数学模型，计算出物体在不同条件下的应力分布情况。
材料力学应力与应变分析
在复杂应力状态下，物体内部某一点处的主应力表示该点处最主要 的应力，次应力则表示其他较小的应力。
应力表示方法
应力矢量
应力矢量表示应力的方向和大小，通常用箭头表示。
应力张量
在三维空间中，应力可以用一个二阶对称张量表示，包括三个主应力和三个剪切 应力分量。
主应力和剪切应力
主应力
在任意一点处，三个主应力通常是不相等的，其中最大和最小的主应力决定了材料在该点的安全程度 。
采用有限元分析方法，建立高 层建筑的三维模型，模拟不同 工况下的应力与应变分布。
结果
通过分析发现高层建筑的关键 部位存在较高的应力集中，需
要进行优化设计。
结论
优化后的高层建筑结构能够更 好地承受各种载荷，提高了安
全性和稳定性。
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不同受力状态下的变形行为。
06 实际应用与案例分析
实际应用场景
航空航天
飞机和航天器的结构需要承受高速、高海拔和极端温度下 的应力与应变，材料力学分析是确保安全的关键。
汽车工业
汽车的结构和零部件在行驶过程中会受到各种应力和应变 ，材料力学分析有助于优化设计，提高安全性和耐久性。
土木工程
桥梁、大坝、高层建筑等大型基础设施的建设需要精确的 应力与应变分析，以确保结构的稳定性和安全性。
剪切应力
剪切应力是使物体产生剪切变形的力，其大小和方向与剪切面的法线方向有关。剪切应力的作用可以 导致材料产生剪切破坏。
04 应变分析
应变定义
定义
应变是描述材料形状和尺寸变化的物理量， 表示材料在外力作用下发生的形变程度。
单位
应变的单位是1，没有量纲，常用的单位还有微应变 （με）和工程应变（%）。
瀑布沟大坝防渗墙应力分布特性及机理探讨
摘 要 ： 布 沟 水 电 站 大 坝 为砾 石 土 心 墙 堆 石 坝 ， 基 为 深 厚 河床 覆 盖 层 ， 大 深 度 达 到 ７ ３ 瀑 坝 最 ５． ６ ｍ。坝 基 覆 盖 层
防 渗采 用 两道 各 厚 １２ｍ 的全 封 闭 式 混 凝 土 防 渗 墙 。 为 了探 讨 防 渗 墙 的 应 力分 布 特 性 ， 先 ， 据 瀑 布 沟 水 ． 首 根
图 １ 主 防 渗 墙 桩 号 ０＋ ４ ． Ｏ断 面 监测 仪器 布置 情 况 ２０Ｏ
测对 象 ， 型监 测 断 面 的监 测仪 器 布 置见 图 １ 典 。本 文
中仪 器 安 装 位 置 规 定 ： 号 以溢 洪 道 中心 线 为 基 准 ， 桩 向
表 １ 施 工 期 主 防渗 墙 应 变监 测成 果
瀑 布 沟 大 坝 防 渗 墙 应 力 分 布 特 性 及 机 理 探 讨
吕 洪 旭 ， 科 文 ， 建 辉 郑 俊 陈 邓 ，
（ ．四川 大 学 水 利 水 电 学 院 ， Ｉ 成 都 ６ ０ ６ ２ 南 充 市水 务局 ， １ 四川 １ ０ ５； ． 四川 南 充 ６ ７ ０ ３ ０ ０）
期 防 渗 墙 应 力 特 性 和 变 形 进 行 了 分 析 ； 京 水 科 院 南 的 学 者 应 用 邓 肯 一张 非 线 性 模 型 和 双 屈 服 面 弹 塑 性 模
型计算 了冶 勒水 电站大 坝和 超深覆 盖层 中防渗 墙 的应 力变形 性状 ， 分析 了防渗 墙 垂 直缝 、 部 垫 层 分缝 、 顶 底部残 渣 和槽段 间施工 缝参 数对 防渗墙 应力 变形性状
第 ４ 卷 第 １ 期 ２ ０ ２０ １ 年 ５ 月 １
人 民 长 江
Ｙａ ｔ ｅ Ｒｉ ｅ ｎｇ ｚ ｖｒ
实验应力分析
第 2 章 电阻应变计的原理及使用
2.1 电阻应变计的工作原理
电阻应变计习惯称为电阻应变片，简称应变计或应变片。出现于第二次世界大战结束的
前后，已经有六十多年的历史。电阻应变计的应用范围十分广泛，适用的结构包括航空、航
天器、原子能反应堆、桥梁、道路、大坝以及各种机械设备、建筑物等；适用的材料包括钢
当进行多次重复测量时，输入量由小到大或由大到小重复变化，而对应于同一输入量其 输出量亦不相同，这种偏差称为重复性误差。常用全量程中的最大重复性误差与满量程的百 分数来表示测量系统的重复性指标。 1.2.6 零漂与温漂
当测量系统的输入量和环境温度不变时，输出量随时间变化，称为零漂。由外界环境温 度的变化引起的输出量变化，称为温漂。
2
图 1-2 测量系统的滞后
1.2.4 灵敏限与分辨率 当输入量由零逐渐加大时，存在着某个最小值，在该值以下，系统不能检测到输出，但
这个最小值一般不易确定，为此规定一个最小输出值，而与它相应的输入值即为系统能够检 测到输出的最小输入值，称为灵敏限。
如果输入量从任意非零值缓慢地变化，将会发现在输入量变化值没有超过某一数值之 前，系统不能检测到输出量变化，因此存在一个最小输入变化量。为了便于确定，规定了一 个最小输出变化量，而与它相应的输入变化量即为系统能够检测到输出量变化的最小输入变 化量，称为分辨率。一般指针式仪表的分辨率规定为最小刻度分格值的一半，数字式仪表的 分辨率是最后一位的一个“字”。 1.2.5 重复性
滞后表示当测量系统的输入量由小增加到某一值和由大减小到某一值的两种情况下，对
于同一输入量其输出量不相同，如图 1-2 所示，同一输入量时的输出量偏差 yd − yc ，称
为滞后偏差。最大滞后偏差 yd − yc max 与全量程输出范围 ymax 比值的百分数，称为测量
江垭大坝应力应变监测资料分析
中图分类号： Ｖ ９ ． Ｔ ６ ８１
文献标识码 ： Ｂ
文章编号： ６ １ １ ９ （０ １０ — ０ ３ ０ １７ — ０ ２ ２ １ ）４ ０ ２ — ５
０ 引 言
江 垭 水 利 枢 纽 工 程 主 要 由 大 坝 、 水 系 统 引
。
Ｖ
Ｖ４ ２５
．
０
图例 ：
ｉ １ 五向应变计
／ ， （ ℃） ｅ
７５ ． ４ ７９ ．２
备 注 膨 胀 型 膨 胀 型
Ｎ － ５４
Ｎ － ５５ Ｎ — ５６ Ｎ － ５７ Ｎ 一Ｏ ５ ｌ Ｎ一２ ５ ｌ Ｎ 一ｌ ５ ３
坝 内
坝 内 坝 内 坝 内 ｆ游侧 坝 内 坝 内
２－ ２３
３ ３ ７ ５３ ２ ６＿ ７３ － ２ ２ ４ ３ ９
观测部 位 坝体部位
坝 踵 坝 内
膨胀型 高程， 瑚
Ｉ９３ １． １９９ １．
收缩 型 最大值／ ＃ｓ
０ ０
当前 自身体积 线 膨胀系数 应变／ ｅ
１６５ ５ ．６ １Ｏ３ ９－ ９
距坝轴线
一． ３３ ｌ＿ ２３
最大值／ ￡
ｌ３２ ６ －ｌ ｌ１ １ ９． Ｏ
表１ ５号坝段 混凝 土自身体积 变形统计表
Ｔ ｂｌ Ｓｔｔ ｔ ａ ｅ７ ａｉｉ ｓ ｃｓｏｆｈｅｃｏ ｒ ｅａｕ ｏ ｎｏ ｏｌ ｅｄｅｆｒ ｉ ｔ ｎｃ ｅｔ ｔ ｇｅ ｕｓ ｖ ｕｍ ｏ ｍａｔ ｏｎｏｎ ｔｅ ｆｔ ｄａ ｂｌｃｋ ｈ ｉｈ ｆ ｍ ｏ
删 点 Ｎ — ５２ Ｎ － ５３
ｏｉ ｐｏｎｔＮ５—３ ｎｇ ｉ
１２ 自身体积 变 形 ．
无 应 力 计 测 值 代 表 了测 点 处 混凝 土 的 自由应 变 ， 包含 温度变形 、 它 自身 体 积 变 形 和 湿 度 变 形 。 因 大 体 积 混 凝 土 内 的湿 度 变 化 不 大 ， 忽 略 湿 度 可 变 化 。 因此 ， 测 得 的 无 应 力 计 变 形 值 中扣 除 自 从
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有限元论文
大坝的应力分析与优化
福建工程学院
姓名：王立友
学号：0607104205 专业：勘查技术与工程班级：0702班
指导老师：张士元
2010-4-26
大坝的应力分析与优化
————函数加载法分析
前言：
重力坝是一种古老而重要的坝型，主要依靠坝体自身重力来维持坝身的稳定。
岩基上重力坝的基本剖面呈三角形，上游面通常是垂直的或者稍微倾向下游的三角形断面。
重力坝具有诸多优点，比如安全可靠，结构作用明确，应力计算和稳定分析比较简单等。
但是坝体是要承受重力和不断变化的长期作用的水压力，为确保工程和人民的财产安全，坝体的稳定可靠。
需要对大坝进行应力分析
有限元单元法作为一种数值计算方法，在工程分析领域中应用较为广泛，自20世纪中叶以来，以其独有的计算优势得到了广发的发展和应用，已出现了不同的有限元算法，并由此产生了一批非常成熟的通用和专业有限元商业软件。
随着计算机技术的飞速发展，各种工程软件也得到了广发的应用。
本文我们将采用一种有限元软件对大坝的应力进行分析。
1.研究对象：
有一大坝水面高度25m，坝体上端
宽度10m，下端宽度20m，坝体材料的
弹性模量为50GPa，柏松比为0.3。
然后
将坝体改进，在大坝的底部设置一个坡
度，对大坝的应力进行分散。
如有图所
示
2.研究目的：
试对两种坝体的水坝进应力分析，
来判断两种坝体的安全可靠性。
进行优
化选择。
3.研究手段：
利用有限元对其进行分析，该问题
属于线性静力学问题。
由于坝体的跨度大
于其他方向上的尺寸，因此在分析工程中
按照平面应变问题求解，同时由于坝体内
侧水的压力是梯度分布的，所以我采用函
数加载法施加荷载。
4.研究过程：
a．建立有限元模型，并设定单元类型8
node 82，以及弹性模量和柏松比等材
料属性。
b．创建建和模型，采用直接建模的方
法，直接建立节点和单元。
创建大坝
的关键点，生成面。
c．划分网络格。
对关键点和关键线进行网络格密度控制。
并且对坝体进行约束。
设置约束对象。
d．加载求解。
首先我们对大坝的应力进行函数转化，通过函数加载法进行求解，设应力函数为PRES=9800*{Y}-9800*25。
将函数荷载施加于坝体，对坝体进行加载求解。
e．查看显示结果，最终得到坝体的合位移等值线和等效应力场等值线。
两种坝体的结果如下图所示
合位移等值线图（上两图）
等效应力场等值线图（上两图）
5.讨论分析：
两种模型对比分析总结
两种模式对比我们可以得到一下三条结论：
A．上游坡坡度即α值的改变对上游坡面的应力分布影响比较大。
B．当有坡度时，可利用上游水面的重力帮助稳定大坝减小上游坡面坝底应力，并在拐点处产生较大的应力，当α减小到一定程度后拐点可能由于应力集中而产生破坏。
C．当无坡度时，坡面仅在上游坡面坝底产生应力集中但是坝底处的应力值比其他模型都更大容易使坝底处产生破坏。
因此应该合理的控制上游坡面坡度α，使其应力分布使坝体所受应力分散，进而使坝体承载力充分发挥，达到尺寸的优化。
6.总结：
本文应用有限元对大坝进行函数加载的方法求解大坝的位移变形及应
力场分布情况。
等到了比较精确的求解。
从不同坝体形状的改变对坝体进行优
化设计。
从分析求解的过程中我们也发现，有限元分析是用较简单的问题代替
复杂问题后再求解。
这个解不是准确解，而是近似解，由于大多数实际问题难
以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成
为行之有效的工程分析手段。