羊曲水电站混凝土面板堆石坝应力变形分析
混凝土面板堆石坝面板变形特性研究
混凝土面板堆石坝面板变形特性研究随着科技的不断进步，人们对混凝土面板的质量要求越来越高，而混凝土面板堆石坝面板就是其中之一。
然而通过上面的阐述我们会很容易的发现，影响混凝土面板堆石坝面板的因素很多。
鉴于此，相关工作者需要对其具体问题具体分析，仔细的分析面板变形的特性之后再进行针对性的处理，及时而且有效排除面板堆石坝设计施工的安全隐患，从而打造出一流的精品工程。
鉴于此，本文对混凝土面板堆石坝面板变形特性进行了分析探讨。
标签：混凝土面板堆石坝；长期性状；工艺改进一、混凝土面板变形的相关特性1、面板沿着顺坡向变形特性的分析。
面板的中下部位置由于受到堆石反向水压力作用，面板上部会在一定程度上朝着坝体内侧偏移。
等到水库蓄水后，面板在水压力的作用下向下游变形，底部面板通常会朝着下游侧有一定的位移。
除此之外，随着堆石体的变形（无论变形的程度怎样），面板在施工期中下部会朝着上游方向位移，而上部的位移则是向下游的，蓄水后在水压力作用下，面板与坝体都是朝着下游方向位移。
与此同时，施工期三分之一坝高以下由于受到两岸坝肩较大程度的约束，外加反向水压力对面板的强大作用，在很多時候造成水压力对面板的作用，从而使得面板中部朝上突出。
蓄水后，在较高的水头压力作用下，面板中部朝向下游变形，两侧面板由于受到坝肩的约束，局部会有向上游变形的反翘现象。
另外，我们如果从面板的受力特点上来看，施工期面板上游侧并没有外载荷的作用，底部面板内侧会由于受到堆石体沉降变形以及水平方向位移的影响而承受一定量的水平推力（向上游方向的）。
总而言之，施工期面板所受到的载荷相对而言比较小，其应力也会比较小。
在蓄水期面板主要承受来自水载荷的压力，由于受到坡岸地形约束，蓄水期面板中部主要呈现双向受力受压状态，而岸坡邻近会承受拉应力。
2、混凝土面板结构性裂缝的机理分析。
如果面板在堆石体上发生沿面板法向位移的情况下，我们可以将堆石体面板的约束看成为弹性约束；如果堆石体与面板之间产生滑移变形时，堆石体对于面板的约束可以被看成是摩擦约束。
混凝土面板堆石坝的应力应变有限元法分析
混凝土面板堆石坝的应力应变有限元法分析摘要：通过采用有限元方法分析面板堆石坝的应力应变，可得出其分布规律，我们在设计过程中将不可避免地遇到一些问题，最后对面板堆石坝设计提出了一些建议。
关键词：堆石坝；应力应变；有限元分析1 概述1.1 面板堆石坝混凝土面板堆石坝是在堆石体上游坡设置混凝土薄板作为防渗体的堆石坝(简称面板坝)，是近年来发展较快的一种坝型，与常规的土石坝相比，它具有以下特点：可以充分利用当地材料，大量节省三材及投资；坝体结构简单，施工干扰少，便于机械化施工作业；施工受气候条件的影响小，年工作日数增加，可使工期缩短；运行安全，维修方便，导流简单，适应性广。
1.2 应力应变有限元(1) 有限元。
有限元是近似求解一般连续问题的数值方法，目前已运用于结构、热传导、电磁场、流体力学等连续问题的应力分析。
非线性问题的有限元分析是根据非线性应力应变关系，把他逐段地化为一系列线性问题，用迭代法求解，线性分析是非线性分析的基础。
非线性问题主要有两种：其一为由材料非线性特性引起的即材料非线性；其二为结构的大变形所引起的即几何非线性。
(2) 面板堆石坝的有限元分析。
面板堆石坝是一种新兴的坝型，在对其进行设计时，除了应进行稳定及渗流分析外，还必须分析其应力和变形。
坝体的沉降和面板的裂缝是面板堆石坝普遍存在的问题，如未对其进行应力和变形分析，恐怕难以正确估计沉降的大小及裂缝的开展。
同时，有了对面板堆石坝应力和变形的全面分析，也可更好地分析坝体的稳定性。
但长期以来，对面板堆石坝的应力和变形分析多数采用的是线弹性假定的阶段：计算沉降变形用分层总和法；分析应力用单位面积的岩石和面板的重量表示竖直正应力(或是用契性体的弹性理论公式)。
而实际上，岩石与混凝土并非线弹性的，岩石与混凝土的应力应变关系具有明显的非线性特性。
随着计算机的广泛应用及有限元法的进一步发展，对土石坝作非线性分析才成为现实。
目前，在土石坝中多采用的是增量法，即将全荷载分为若干级荷载增量，在每级荷载增量下，假定材料是线弹性的，从而解得位移、应变和应力的增量。
面板堆石坝应力与变形弹塑性有限元计算与分析
面板堆石坝应力与变形弹塑性有限元计算与分析吴兴征;栾茂田;阴吉英【期刊名称】《大连理工大学学报》【年(卷),期】2000(040)005【摘要】用沈珠江建议的双屈服面模型对洪家渡面板堆石坝进行了三维有限元分析.计算中考虑到堆石材料的非线性和模拟运行过程,采用了逐级增量与不平衡力修正迭代相结合的算法,经与中点增量法的结果对比,表明该算法是有效的.通过对堆石坝体在施工和逐级蓄水加载过程中的应力和变形分析,探讨了坝体中某些特定单元在运行过程中的主应力轴旋转状态.对于坝体中部单元,在填筑过程中,主应力轴的偏转程度多在10°以内;蓄水加载时偏转程度增加约2 0%.而对于坝体上下游单元,主应力轴偏转则更加明显.对τ-σ3平面、q-p平面内的一些坝体单元的应力路径比较表明,不论是施工还是蓄水加载,q-p平面内的加载路径均较为明确.【总页数】7页(P602-608)【作者】吴兴征;栾茂田;阴吉英【作者单位】大连理工大学,土木工程系,辽宁,大连,116024;大连理工大学,海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁,大连,116024;大连理工大学,土木工程系,辽宁,大连,116024;大连理工大学,海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁,大连,116024;大连理工大学,土木工程系,辽宁,大连,116024;大连理工大学,海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁,大连,116024【正文语种】中文【中图分类】TV641;O343.2【相关文献】1.面板堆石坝三维弹塑性有限元计算分析 [J], 张惠军2.基于ABAQUS的深覆盖层地基面板堆石坝防渗墙应力与变形分析 [J], 王文姣3.混凝土面板堆石坝三维弹塑性有限元分析 [J], 章为民;沈珠江4.坝面溢流式面板堆石坝有限元计算与分析 [J], 苏永江;路文波;胡再强5.大角度折线型高面板堆石坝坝体和面板的应力与变形规律 [J], 朱安龙; 张胤; 廖洁; 张萍; 徐小东; 刘斯宏; 姜忠见因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
面板堆石坝变形应力计算分析
面板堆石坝变形应力计算分析作者：张鸥盛超来源：《科协论坛·下半月》2013年第07期摘要：结合某100m级面板堆石坝工程，采用三维非线性有限单元法对该面板坝进行数值计算，其中材料本构模型选用邓肯张E-B模型，模型参数由常规室内三轴试验成果整理得到，对计算结果进行分析，说明该面板堆石坝坝体及面板的应力变形情况。
关键词：有限元 E-B模型变形应力中图分类号：TV311 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）007-001-021 工程概况某水利工程100m级面板堆石坝，坝顶高程362.0m，河床趾板建基面高程248.0m，坝长292.0m，顶宽9.2m。
水库正常蓄水位355.0m，总库容23.4亿m3，为年调节水库。
坝体堆石从上游至下游依次为垫层区、过渡区、主堆石区1、主堆石区2、反滤层、下游堆石区及块石护坡。
主次堆石区分界线以坝轴线高程348.0m为起点，以1：0.5坡比向下游倾斜到高程282.0m。
主堆石区在坝轴线以上靠近面板部位及坝体下部高程266.0m～281.0m的河床中部布置透水性较强的料场堆石料，为主堆石区2；其余部位布置河床砂砾石料，为主堆石区1，具体分区见图1。
2 计算网格参照坝体的施工及蓄水过程进行三维模拟，以坝横m为X轴，以坝轴m为Z轴，竖直方向为Y轴，竖直方向坐标采用实际高程坐标，建立直角坐标系。
根据该面板坝基础开挖图、坝轴线横剖面图以及实际的坝料分区情况，面板中部沿坝轴线方向每隔12m取一个断面，靠近岸边部位分隔加密而建立几何模型，将整个坝体沿坝轴线划分35个断面。
整个面板坝被分为6188个单元，6812个结点。
坝体三维网格如图2所示，其中选取河床中间最大剖面0+110.0m为典型横剖面如图3所示，并比较分析其计算结果。
图2 三维有限元网格图3 典型剖面网格3 计算工况本次计算中，根据坝体实际填筑与蓄水过程进行仿真加载，考虑水荷载是在坝体填筑完成并达到稳定变形后进行，主要分析正常蓄水位工况坝体及面板的变形应力情况。
坝体平面有限元应力变形例析
坝体平面有限元应力变形例析引言本文对某水库面板堆石坝坝体进行了平面有限元计算分析，主要研究了坝体次堆石区域不同范围内利用较软砂岩料筑坝后的坝体应力和变形，为设计人员进一步优化坝体结构提供依据。
一筑坝材料本构模型混凝土（C25）在达到破坏强度之前，线性关系较好，本研究中作为线弹性材料考虑[1]。
土石料应力应变表现为非线性，本构模型采用邓肯-张E-v非线性弹性模型，现将模型简要介绍如下[2]。
邓肯-张E-v非线性弹性模型中，切线弹性模量Et和切线泊松比vt分别表示为对卸荷情况，弹性模量用下式计算[3]式中，=土体粘聚力；=土体内摩擦角；=大气压力；、K、n、G、F、D、Kur为模型参数。
本研究中，取Kur=2K 。
二计算参数与计算方案面板与垫层接触面、面板与特殊垫层接触面、周边缝均采用有厚度的接触面单元模拟，模型参数参照相关工程并结合经验确定[4-5]。
混凝土面板及趾板（C25）按照线弹性材料考虑，弹性模量取为常量，E=2.8×10 kPa，泊松比取为常量=0.167。
混凝土面板和趾板的容重均取为24 kN/m ，抗拉强度取1.27MPa。
为了研究较软砂岩料的合理利用范围，在次堆石区设置了不同的较软砂岩料利用区域，进行对比计算分析。
共有15种计算方案。
根据经验，为了减小较软砂岩料利用后对混凝土面板和趾板的应力和变形以及对垂直缝和周边缝变位的影响，较软砂岩料应仅限制在次堆石区域利用。
同时，由于较软砂岩料碾压后颗粒破碎严重，抗风化能力较低，为保证其长期稳定性，较软砂岩料应限制在次堆石区域的坝体内使用，尽量避免其外露。
鉴于此，较软砂岩料应仅在次堆石区域利用，且次堆石区域下游坝坡面应设置一定厚度的包边用硬质砂岩料填筑。
方案8的次堆石区域下游坝坡包边水平宽度为8.0m，较软砂岩料利用范围依次向上减小；方案9～15的次堆石区域下游坝坡包边水平宽度为16.0m，较软砂岩料利用范围依次向上减小。
计算中对大坝采用分级加荷模拟施工加荷过程，蓄水荷载也分多级施加。
某混凝土面板堆石坝三维有限元应力变形分析
摘
要： 混 凝 土 面 板 堆 石 坝 最重 要 的 组成 部 分 是 堆 石 体 ， 堆 石 体 的 应 力 变形 程 度 是 影 响 工 程 稳 定 和 安 全 的 关 键 。 对 某 水
库 面板堆石坝采 用大型计 算软件 Ａ Ｄ Ｉ Ｎ Ａ进行三维非线性有 限元 分析 ， 模拟计 算 了竣 工期 坝体的 ３个典 型断面的应 力变 形情况。结果表 明， 坝体的应力 、 位 移分布规律较好 ， 变形值 都在 允许 范围内； 断层 只对坝基 的应 力分布形 态有影 响 ， 对
坝体的应力 、 变形影响较小。
关
键
词 ：坝体 ；应力 ；变形 ；三维 非线性有 限元 法 ；混凝 土面板堆石坝
文献 标 志 码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ — １ ３ ７ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ６ ． ０ ３ ６
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈ ｅ ｍｏ ｓ ｔ ｉ ｍｐ ｏ ｔ ｒ ｎｔ ａ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｆ ａ ｃ ｅ ｒ ｏ ｃ ｋ — ｆ ｉ Ｉ Ｊ ｄ ａ ｍ ｉ ｓ ｒ ｏ ｃ ｋ － ｌ ｉ ｌ Ｉ ｂ ｏ ｄ ｙ ，ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ ｏ ｆ ｏｃ ｒ ｋ — ｆ ｉ ｌ Ｊ ｂ ｏ ｄ ｙ ｉ ｓ
混凝土面板堆石坝坝面变形分析和裂缝处理工艺
混凝土面板堆石坝坝面变形分析和裂缝处理工艺摘要：混凝土面板堆石坝面板混凝土由于自生特性和面板所处的环境及其工作条件的等原因，裂缝难以避免。
通过施工和蓄水等不同时段面板的受力、面板的变形分析，归纳裂缝产生的规律，并结合潘口、宝瓶河等水电站面板裂缝处理的实例，建议面板裂缝根据不同区域，不同形状区别处理，以满足面板的防渗要求。
关键词：混凝土面板裂缝变形处理一、混凝土面板堆石坝面板裂缝混凝土面板堆石坝因其使用当地材料筑坝，具有有效降低工程造价、对坝基地质要求不高、大坝稳定性好、不易溃坝的特点，近年来，广泛用作水利水电工程挡水建筑物。
混凝土面板堆石坝工程的面板一般都产生裂缝，这是与面板混凝土自生特性和面板所处的环境及其工作条件有关，根据裂缝的成因可以分为：⑴干缩裂缝，⑵减缩裂缝，⑶温度应力裂缝，⑷挠曲应力裂缝。
二、面板的荷载、面板的变形及裂缝产状混凝土面板是浇注铺设在堆石坝上游面垫层上的薄板，承受的荷载包括：⑴面板混凝土自重，⑵趾板对面板底部的支撑力，⑶坝体对面板的支撑力和摩擦力，⑷蓄水期面板上库水压力。
混凝土面板的厚度和质量比坝体小得多，但是其刚度却比坝体大的多，在上述荷载作用下面板必然发生挠曲，面板的部分区域产生拉应力。
有资料指出，随坝体的变形面板在施工期中下部是朝上游方向鼓出变形的，上部则是向下游收缩的；蓄水期在水压力的作用下，坝体与面板均朝下游方向变形。
施工期1／3坝高以下由于受两坝肩的约束较大，加之底部坝体变形朝向上游鼓出，致使面板中部呈朝向上游突出的变形状态；蓄水后，在较高的水头压力作用下，面板中部朝向下游变形，两侧面板由于受坝肩的约束，局部存在向上游变形的反翘现象。
施工期1／3坝高以上面板中部朝向下游收缩变形，两坝肩面板局部存在向上游变形的反翘现象；蓄水后，在水压力作用下整体朝向下游方向变形，面板在施工期和蓄水期所处的受力状态是完全不同的。
从众多的面板堆石坝面板开裂的实际统计情况来看，面板早期裂缝均为很细小的裂缝，而且很不稳定，一般经过1-2年后，也即坝体填筑到一定高度后，面板上的裂缝才基本上稳定下来，并且裂缝绝大多数集中分布在坝高2／3以下左右一带，呈水平状开裂，规律性较强。
深厚覆盖层地基混凝土面板堆石坝应力变形分析
深厚覆盖层地基混凝土面板堆石坝应力变形分析深厚覆盖层地基混凝土面板堆石坝应力变形分析一、引言混凝土面板堆石坝是一种广泛应用于水利工程中的大型水坝结构，以其简便的施工过程和较低的成本而受到广泛关注。
然而，在实际施工过程中，由于地质条件的不同，堆石坝在运行时可能会受到一定的应力和变形影响。
因此，对深厚覆盖层地基混凝土面板堆石坝的应力变形进行分析和研究，对于确保水坝的安全运行具有重要意义。
二、地质条件分析混凝土面板堆石坝的地质条件对其应力变形有着重要的影响。
通常情况下，堆石坝的地基土层分为深厚覆盖层和底基层。
深厚覆盖层通常是由砂泥岩、软黄土等松软土层组成，而底基层则通常为坚硬的岩石或者黏土。
在施工和运行过程中，深厚覆盖层地基土层与堆石坝之间的交互作用使得堆石坝受到了一定的应力和变形的影响。
三、应力分析1. 地基土的荷载传递在考虑堆石坝与地基土层之间相互作用的情况下，需要对地基土的荷载传递进行分析。
由于深厚覆盖层地基土层的特殊性，荷载传递过程中会出现不均匀沉降和变形现象。
这种不均匀沉降会导致深厚覆盖层地基土层与堆石坝之间出现应力差异。
2. 堆石坝的应力分布根据弹性力学的原理，堆石坝的应力分布可以通过施加应力平衡条件进行计算。
由于堆石坝的荷载分布较为复杂，因此通常采用有限元分析等方法对其应力分布进行模拟。
通过对堆石坝应力分布的分析可以得出其在不同工况下的最大应力值和应力分布规律。
四、变形分析1. 地基土的沉降和膨胀在运行过程中，地基土层的沉降和膨胀会导致堆石坝的变形。
由于堆石坝与地基土层之间存在一定的摩擦和粘结力，沉降和膨胀引起的变形会影响堆石坝的整体稳定性。
2. 堆石坝的变形控制为了保证堆石坝的安全运行，需要对其变形进行控制。
通常采用限制沉降、加固地基土层等措施来减小堆石坝的变形。
通过对堆石坝的变形进行分析，可以确定有效的变形控制方案。
五、实例分析以某深厚覆盖层地基混凝土面板堆石坝工程为例，进行应力变形分析。
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羊曲水电站混凝土面板堆石坝应力变形分析
羊曲水电站混凝土面板堆石坝应力变形分析
摘要：羊曲水电站是一座重要的水利工程，堆石坝作为水电站的主要构筑物之一，其稳定性和安全性是工程设计中必须考虑的重要问题。
本文通过数值模拟的方法，对羊曲水电站混凝土面板堆石坝的应力变形进行了分析。
1. 引言
羊曲水电站位于某省某市，是一座年发电量达到500万千瓦时的大型水利工程。
堆石坝作为水电站的主体结构之一，起到了水库蓄水和景观围护的双重功能。
然而，面板堆石坝在长期运行中可能会受到水力、温度等因素的影响，从而引起应力和变形的累积。
因此，深入研究羊曲水电站混凝土面板堆石坝的应力变形特性，对于确保工程的安全运行具有重要意义。
2. 羊曲水电站混凝土面板堆石坝的结构特点
羊曲水电站混凝土面板堆石坝是一种由混凝土面板和砌石块组成的复合结构。
其中，混凝土面板为主要承力构件，用于抵御水压和地震力的作用。
砌石块则用于填充混凝土面板之间的空隙，增加结构的整体稳定性。
3. 羊曲水电站混凝土面板堆石坝应力变形分析
3.1 坝体受水压力的应力分布
混凝土面板堆石坝在运行过程中承受了来自水压力的作用。
通过数值模拟的方法，可以计算得到坝体内部的应力分布情况。
结果显示，水压力主要作用在混凝土面板和砌石块之间，使得混凝土面板受到较大的压力。
3.2 温度变化引起的应力变形
近年来，气候变化引起的温度波动越来越明显，对堆石坝的应
力和变形产生了较大的影响。
本文通过模拟不同温度下堆石坝的应力变形情况，发现温度的升高会导致面板的膨胀，而温度的降低则会使面板产生收缩。
这种应力变形会增加坝体的内部应力，对结构的稳定性带来威胁。
4. 对策建议
为了保证羊曲水电站混凝土面板堆石坝的安全运行，需要采取一系列的对策和措施。
4.1 加强温度监测和预警
针对温度变化引起的应力变形，应加强对堆石坝的温度监测和预警工作，及时发现异常情况并采取相应的补偿措施。
4.2 加强坝体检测和维护
定期对堆石坝进行检测和维护工作，发现问题及时处理，防止潜在隐患对工程安全产生影响。
4.3 优化结构设计
结合目前的研究成果，对羊曲水电站混凝土面板堆石坝的结构进行优化设计，提高其抗温度变形和抗震能力。
5. 结论
羊曲水电站混凝土面板堆石坝是一项重要的水利工程，为确保其安全运行，必须对其应力变形特性进行深入研究。
本文通过数值模拟的方法，分析了坝体受水压力和温度变化引起的应力变形，并提出了相应的对策建议。
通过这些措施的采取，可以有效提高堆石坝的稳定性和安全性，确保羊曲水电站持续稳定运行
通过本文的研究可以得出以下结论：堆石坝在面临温度变化时会出现应力和变形的情况。
温度升高会导致面板膨胀，而温度降低则会使面板收缩。
这种应力变形会增加坝体的内部应
力，对结构的稳定性带来威胁。
为了保证羊曲水电站混凝土面板堆石坝的安全运行，需要采取加强温度监测和预警、加强坝体检测和维护、优化结构设计等一系列对策和措施。
通过这些措施的采取，可以有效提高堆石坝的稳定性和安全性，确保羊曲水电站持续稳定运行。