杭州九沙河三维有限元分析报告
土石坝三维地质建模及有限元分析研究的开题报告
土石坝三维地质建模及有限元分析研究的开题报告一、选题背景土石坝是一种常见的土木工程构筑物，由于具有良好的节能环保性能，近年来逐渐得到推广和应用。
土石坝的建设需要考虑很多因素，其中包括地质条件等。
在坝体建设过程中，很重要的一步是进行地质建模和有限元分析，以确定建设方案和评估坝体的稳定性。
二、研究目的本研究旨在探究土石坝三维地质建模及有限元分析的方法和技术，以提高工程建设的可行性和可靠性。
具体研究目的如下：1. 了解土石坝的基本构成和常见问题，明确研究重点。
2. 掌握土石坝地质建模的基本原理和方法，实现三维建模。
3. 掌握有限元分析的基本原理和方法，对土石坝进行稳定性分析。
4. 对实际工程数据进行模拟和分析，验证研究成果的可靠性和实用性。
三、研究内容本研究涉及的主要内容包括：1. 土石坝的概念、分类和应用，以及常见问题和安全隐患的分析。
2. 土石坝三维地质建模的原理、方法和工具，包括对地质数据的处理和建模。
3. 有限元分析的基本原理和方法，包括软件的使用和分析结果的解读。
4. 运用三维地质建模和有限元分析方法，对实际工程数据进行模拟和分析，评估工程的稳定性和可行性。
5. 研究成果的总结和归纳，提出进一步深入研究的方向和建议。
四、研究方法本研究采用理论分析和实验模拟相结合的方法，建立三维地质模型，并运用有限元方法对土石坝进行分析。
具体研究方法如下：1. 数据收集：收集土石坝的建设和运维数据，包括地质、环境等相关数据。
2. 地质建模：将收集到的地质数据进行处理和整理，利用三维建模软件进行建模。
3. 有限元分析：运用有限元软件对土石坝进行稳定性分析和评估。
4. 结果分析：对分析结果进行解读和分析，总结评估坝体的稳定性和可行性。
五、研究意义开展土石坝三维地质建模及有限元分析研究，对于提高土石坝建设的可行性和可靠性，具有重要的意义和价值。
具体表现在以下几个方面：1. 提高土石坝工程的稳定性和安全性，减少事故的发生率。
某闸桥工程闸墩三维有限元分析
某闸桥工程闸墩三维有限元分析发表时间：2017-10-17T10:32:11.613Z 来源：《基层建设》2017年第16期作者：李振龙[导读] 以ANSYS软件为平台对闸墩在不同荷载组合工况下进行计算分析，尤其对闸门支墩等重点部位予以关注，其计算分析研究结果为工程设计提供参考，以利于改进和优化闸墩结构设计。
上海市水利工程设计研究院有限公司上海 200062摘要：该闸桥工程主要功能是防洪排涝，闸墩在各种使用条件下结构受力复杂，常规计算方法难以满足要求，因此采用有限元法对闸墩进行计算分析。
本文以该节制闸闸墩为研究对象，以ANSYS软件为平台对闸墩在不同荷载组合工况下进行计算分析，尤其对闸门支墩等重点部位予以关注，其计算分析研究结果为工程设计提供参考，以利于改进和优化闸墩结构设计。
关键词：闸墩；有限元；支墩1 概述该闸桥工程位于广州南沙区，其主要功能是挡潮、排涝、通航，并满足河涌两岸交通和旅游景观的需要，该闸桥为5孔拱桥，闸室布置在闸桥中孔，闸室为单孔，宽为16m，考虑到闸门运行、通航及景观要求，闸室长为32.9m。
为钢筋混凝土整体坞式结构。
水闸闸槛高程-2.80m，底板高程-3.30m，底板厚1.50m。
工作们选用闸桥结合的液压弧型门门型，其特点是闸门藏于桥下，具有隐蔽性，闸顶交通桥兼做闸门门库。
闸室两侧分别为两孔连接拱桥，净跨分别为15m和16m，闸桥总长度为82.40m，总宽度为26m，桥面顶高程为8.35m，中部为14m宽车行道，两侧各设6m宽人行道，闸桥荷载按公路-Ⅱ级设计，闸桥两侧与两岸现有堤防直接相连。
2有限元模型的建立2.1 计算范围及模型在建立有限元模型时，为了能精确反映堰闸段周边的应力分布规律，计算基础深度取1.0倍闸室高度80m，上游基础长度取50m，下游基础长度取150m，左右两侧基础长度与节制闸闸室宽度相同。
闸室周边结构缝按自由边界对待，基础按固定边界对待，建筑物基础面按设计开挖形状考虑。
拱坝准稳定温度场三维有限元分析
拱坝准稳定温度场三维有限元分析拱坝作为一种重要的水利工程，是为了灌溉农田、水库蓄水、水资源开发和许多其他用途而建设的。
它的安全性直接影响着水利设施的可持续性，因此，拱坝的结构安全性应作为一个重要参数来考虑。
拱坝结构温度变化是结构安全性评价中非常重要的参数，因此，拱坝准稳定温度场三维有限元分析成为结构安全性评价的基础。
拱坝的温度受气温和太阳辐射的影响，拱坝结构材料的温度受到动态热流和蒸发换热的影响，拱坝结构内部温度受拱坝结构材质和气体传热系数的影响。
针对这一问题，拱坝准稳定温度场三维有限元分析引入了先进的数学模型，以准确分析和预测拱坝结构温度变化，为拱坝结构安全性提供基础依据。
拱坝准稳定温度场三维有限元分析模型的基本原理是建立拱坝的三维温度场模型，并由拱坝结构与气象条件之间的相互作用，通过计算热流方程和蒸发换热方程，进行有限元分析来模拟和研究拱坝结构温度场的变化情况。
首先，根据拱坝材料的物理特性，可以计算出拱坝结构的热传导系数、比热容和导热率，并建立拱坝结构的温度场。
在拱坝结构周围，将影响拱坝结构温度变化的参数，如太阳辐射、环境温度、风速等气象条件建立在拱坝结构温度场中。
其次，在拱坝结构中考虑多种传热形式，其中包括热流和蒸发换热，结合外部气象条件，计算拱坝结构表面的热流和蒸发换热强度，建立拱坝结构热流方程和蒸发换热方程。
最后，利用有限元方法，对拱坝结构热方程和蒸发换热方程进行求解，结合初始条件，计算拱坝温度场的数值解，从而精确地模拟和分析拱坝的温度场变化情况。
拱坝准稳定温度场三维有限元分析通过准确地模拟和分析拱坝结构温度场变化情况，可以有效地评估拱坝的热性能和热稳定性，辅助决策，为保证拱坝结构安全性提供有效的技术支持。
此外，拱坝准稳定温度场三维有限元分析还可以为拱坝改善建设、拱坝结构完善和降低拱坝结构温度变化等提供宝贵的信息。
总之，拱坝准稳定温度场三维有限元分析是一项建立在均匀紧实拱坝温度场模型的科学理论的研究，可以为拱坝的结构安全性评价提供可靠的理论依据，从而使拱坝安全可靠、可持续地发挥功能。
软土路基沉降的实测及有限元分析
软土路基沉降的实测及有限元分析? 软土路基沉降的实测及有限元分析软土路基沉降的实测及有限元分析潘吉祥1,潘益民2，黄隆2 (1.浙江象山经济开发区管委会,浙江宁波315700；2.宁波市岩土工程有限公司,浙江宁波315012;3.浙江工业大学工程设计集团有限公司，浙江杭州310001) 摘要：工后沉降是软土地区道路工程建设时最关心的问题,而地基变形计算和沉降预测是工后沉降控制的关键。
象山滨海相沉积软土本构模型采用剑桥修正渗流耦合模型,通过PLaxis有限元程序进行沉降计算,并与实测数值进行比较,得出了较好的拟合结果,可作为类似地质条件的道路沉降预测的参考。
关键词：软土路基；沉降；实测；有限元象山县域位于东海之滨,城市建设区的主要地貌为典型的滨海相沉积平原,场地分布有巨厚的软土层,厚度从十几米到几十米不等。
近十几年来随着经济社会的发展和城镇化进程的推进,城区日趋扩展,市政道路等基础设施建设成为拉大城区框架的主要手段。
工后沉降是软土地区道路工程建设时最关心的问题,而地基变形计算和沉降预测是工后沉降控制的关键。
设计时不能准确地预测沉降、未采取有效的地基处理措施从而导致道路建成后工后沉降过大,引起桥头跳车、路面沉陷、地下管线拉断等现象时有发生。
本文通过Plaxis有限元程序对象山某市政道路的固结沉降进行数值模拟,并与实测数据进行比较,得出了较好的拟合结果,从而为类似地质条件的道路沉降预测提供了参考。
1 工程概况某市政道路工程为象山经济开发区的主干道,东西走向,道路宽度为60 m,其标准横断面见图1,设计路面标高为4.27～5.41 m,其中K0+210处路面标高约4.85 m。
该处原地坪标高约2.85 m,道路结构从上到下分别为：160 mm沥青混凝土+400 mm 5%水泥碎石基层+200 mm细宕渣找平层+1 200 mm路基宕渣层。
场地地貌属第四系海积平原,地形平坦,场地原为耕地,清除耕作层后的场地标高约2.75m,K0+210处土层分布依次为：①粉质黏土,厚1.0m,灰黄色或灰黄夹灰绿色,呈软可塑状态；②淤泥质粉质黏土,厚14.0m,灰色,呈流塑状态；③粉质黏土,厚度未揭穿,灰黄色,呈硬塑状态。
江边水电站闸坝有限元变形计算和实测结果对比分析
为冲 洪（ Ｑ ） 凛（ 块） 卵（ 碎） 石层 ， 总厚 度 ７ ． ５ ～ ４ ０ ． ７ ｍ， 漂 （ 块） 卵（ 碎） 石， 主要 由卵 （ 碎） 石 组成 ， 漂（ 块） 石 散布其 中 ，
县， 是 一座 以发 电为 主 的低 闸高 水 头 引水 式 电站 ， 枢 纽 主 要 由首部枢 纽 、 引水系统 、 发 电系统三 大部分 组成 。水 库正 常蓄 水位 １ ７ ９ ７ ｍ， 相 应库容 １ ３ ３ ． ０ 万 ， 死 水位 １ ７ ８ ９ ｍ，
４ 闸ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 实 测沉 降变 形
４ ． １ 沉降变形 监测设计
２ 地 质概 况
闸基 第四系覆 盖层最厚达 １ ０ ９ ． ２ ｍ，是影 响建 闸坝 的
１ ） 基础沉降。在④、 ⑤号坝段闸室上游始端底板顶布
置３ 个水 准 测点 ，在 ⑥ 号坝 段坝 踵 趾板 顶 布置 １ 个 水准
３ 基 础 处理
结合江边闸 址工程 地质条件 ， 在 坝基 覆盖层 防渗设计 采用垂直 混凝土 防渗 墙与 水平混 凝土 铺盖 联合防渗 ， 左坝 肩采用灌 浆帷 幕防渗 。拦河 闸坝基础座 落在冲 洪积（ Ｑ ） 漂（ 块） 卵（ 碎） 石层 上 ， 为 了提高地 基承载 力和 基础变 形模
成果对 比分析 ， 对基础 覆盖 层 变形计算 方法 、 计算理 论进行分析 与评价 。 ［ 关键词 ］闸坝 ； 覆盖层 ； 沉 降变形 ； 基础 处理 ； 江边 水 电站 【 中图分类号 】 Ｔ Ｖ６ ９ ８ ． １ １ 【 文献标识码 ］ Ａ
江边水 电站位 于四 川省 甘孜 藏族 自治 帅ｌ 东 南部 九 龙
为冲 洪积 （ Ｑ ） 卵（ 碎） 石， 为 古河 道两 岸阶 地 堆积物 ， 颗
混合坝接缝变形有限元分析——以浙江省老虎潭水库为例
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农业开发与装备 2020年第9期
科技纵横
表1 校核洪水位坝体接合部位接缝三向位移表
桩号（m） 坝上0+000.00
位移（mm）
坝上0+005.00
坝上0+010.00
1 概述 由两种或两种以上坝型连接而成的坝体称为混合
坝，又称复合坝。这种坝一般可由混凝土重力坝同土石 坝连接构成。
老虎潭水库工程位于浙江省湖州市境内，东苕溪支流埭 溪上游，坝址处集水面积110 km2，水库总库容9 966万 m3。 水库主坝采用混凝土面板堆石坝和混凝土重力坝混合坝 型（如图1），右岸为常态混凝土重力坝，由非溢流堰坝 段和溢流堰坝段两部分组成，长度分别为54 m和32 m， 最大坝高44.8 m。河床及左岸为混凝土面板堆石坝，长 668 m，最大坝高35.5 m，两个坝型之间采用混凝土导墙 连接，导墙伸缩缝内设W2型止水铜片。
科技纵横
农业开发与装备 2020年第9期
混合坝接缝变形有限元分析
——以浙江省老虎潭水库为例
汪浏鑫1，戚鑫珑2 （1.浙江省水利水电勘测设计院，浙江杭州 310002；
2.诸暨市水利勘测设计院，浙江诸暨 311800）
摘要：混合坝一般由混凝土重力坝和土石坝两部分结合 而成，接合部位的接缝变形大小关系着大坝能否安全运 行。以浙江省老虎潭水库主坝——混凝土面板堆石坝与 重力坝混合坝为例，采取有限单元法进行了三维有限元 分析，通过对接缝位移计算数据与大坝实际监测数据比 对，证明接缝的变形不会对大坝安全运行产生不利影 响。 关键词：混合坝；有限单元法；接缝变形
2.07
Y轴沉降
基于三维有限元的杭州紫之隧道运营期渗流场变化预测
４）在利用层次分析法确定权重时，需要专家进行打分构造判 ［３］ 潘黎明，史家均．安全性与耐久性综合评价研究［Ｊ］．上海市
断矩阵，主观性强，存在一定误差。
政工程，１９９７（４）：１７．
５）基于外观调查的桥梁整体技术状况评估不确定性较大，不 ［４］ 叶培伦，俞亚南．应用层次分析法评判混凝土桥梁综合性能
利于促进桥梁现代化目标管理提供科学依据。
［Ｊ］．华东公路，２０００（５）：１８２０．
参考文献：
［５］ 李丽 萍．变 权 综 合 法 在 梁 式 桥 状 态 评 估 中 的 应 用 ［Ｄ］．西
［１］ 申 强．混凝 土 梁 式 桥 梁 安 全 评 估 及 系 统 研 究 ［Ｄ］．重 庆：
安：长安大学，２０１４．
Ｓａｆｅｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍ ｂｒｉｄｇｅｂａｓｅｄｏｎｖａｒｉａｂｌｅｗｅｉｇｈｔｔｈｅｏｒｙ★
１ 工程背景
３ 涌水量预测
依据佐藤帮明公式，正常日涌水量可用下式进行计算：
ｑｓ＝ｑ０ －０．５８４Ｘ×Ｋ×ｒ０
（１）
ｑ０ ＝ｌｎ｛ｔａｎ２ππＫ（（２ＨＨ４ｈ－－０３ｒ０ｒ）０）×ｃｏｍｔ４πｈｒ００｝
（２）
其中，ｑ０ 为最大日 涌 水 量；ｑｓ为 正 常 日 涌 水 量；Ｘ为 系 数，一
紫之隧道右线南口起点（桩号 Ｋ０＋０００）为之浦路，左线南口 般取 １２．８；ｒ０为洞身横断面的等价圆半径；ｍ为转换系数，一般取
第２０４１５卷９年第１１１９期 月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
ＮＶｏｏｖｌ．．４ ５２Ｎ０ｏ１．９１９ ·１１７·
文章编号：１００９６８２５（２０１９）１９０１１７０３
大型水闸三维有限元抗滑稳定分析
大型水闸三维有限元抗滑稳定分析[摘要] 本文对新疆叶尔羌河中游渠首工程泄洪闸闸室结构和地基采用大型有限元软件ANSYS进行三维有限元抗滑稳定静、动力分析，静力分析采用弹性材料进行模拟，动力分析采用模态分析并结合反应谱法进行计算。
计算结果表明各工况下闸室结构抗滑稳定满足要求，可以直接为工程设计服务。
[关键词] 大型水闸三维有限元抗滑稳定分析1.工程概况新疆叶尔羌河中游渠首工程属大（2）型、Ⅱ等工程。
渠首由泄洪闸、进水闸、溢流堰兼西岸输水涵洞和上、下游导流堤、分流墙组成，枢纽总布置型式采用一字型闸堰结合型式。
泄洪闸为主体建筑物之一，为2级建筑物。
枢纽区距伽师强震区较近，地震设计烈度为7度，正常水位1192.25米，校核洪水位1193.99米。
闸基主要持力层为粉细砂层（Q4-1al+pl），泄洪闸闸室结构为普通钢筋混凝土结构，闸底板采用折线形，结构受力复杂，对闸室结构抗滑稳定不利[1]。
2.计算工况、荷载及其组合2.1 计算工况计算时主要考虑下面四种工况：工况1：完建工况工况2：正常运行工况工况3：校核洪水位工况工况4：地震工况2.2 计算荷载及其组合荷载计算主要包括闸室及上部结构自重、静水压力、水重、闸底板所受扬压力、浪压力及地震荷载。
荷载施加的具体情况如下：（1）在闸墩上游侧按工况施加静水压力、浪压力和泥沙压力。
（2）在闸墩下游侧按工况施加静水压力。
（3）按不同工况考虑闸室底板承受的水重和扬压力（采用改进阻力系数法计算水闸底板渗透压力）。
（4）将闸门所受荷载直接加在闸门槽上。
（5）按设计情况考虑闸门自重。
（6）土体自重均按饱和容重计算。
（7）闸室结构自重按钢筋混凝土容重计算。
计算时完建工况和正常运行工况为基本组合，校核洪水位工况和地震情况为特殊组合。
需计算的荷载见表1[2]。
3.计算方法3.1 基于三维有限元的静动力计算利用ANSYS有限元软件进行闸室结构和地基稳定的三维静动力稳定性分析，计算中将材料按弹性介质进行处理。
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三维有限元分析（Midas GTS）
为准确分析基坑开挖对邻近地铁区间隧道产生的影响，并考虑基坑开挖的空间效应，采用大型商业通用有限元分析软件Midas GTS按连续介质有限元方法进行弹塑性分析。
Midas GTS软件可进行三维建模，具有强大的非线性分析能力，内含多种土体和岩体本构模型，适于大型岩土工程的变形及稳定性分析，在国内外岩土工程数值分析中得到广泛的应用。
通过建立全尺寸的三维模型，根据基坑开挖的全过程中各具体施工步，采用“激活钝化”的方式控制各层基坑土体加固，围护桩施工，土方开挖，底板施工及堆载的设置，根据基坑工程施工工况模拟基坑开挖全过程，最终对围护结构、邻近地铁隧道和周边地层的变形和内力做出合理的预测。
模型参数的选取
1.模型尺寸
根据基坑开挖对周边的影响范围，合理选取模型尺寸可减少边界条件对计算结果的影响。
计算模型平面尺寸为300m（X方向）X200m（Y方向）。
最大围护结构深度为51m，模型计算深度（Z方向）取为60m，模型如下图所示
2.本构模型
（1）土体本构模型
土体采用Mohr-Coulomb模型进行模拟，目前岩土工程界常用的屈服准则[1] 有：Tresca屈服准则、Mises屈服准则、Drukle-Plager屈服准则以及Mohr-Coulomb屈服准则和双剪应力屈服准则等。
在各种屈服准则中Mohr-Coulomb屈服准则模型能反映土体的抗压强度不同的S- D效应(Strength Difference Effect)与对静水压力的敏感性,而且简单实用,土体参数c、φ值可以通过各种不同的常规试验测定。
因此, 较其他准则具有较好的可比性，在工程实践中有着重要的作用和地位，得到了广泛的应用。
基坑开挖过程中，绝大部分土体处于卸荷状态，因此，实际岩土体的弹性模量要大于压缩模量，与回弹模量相近，土体的弹性模量与埋深密切相关，Midas GTS模型中土体采用Mohr-Coulomb模型可设置弹性模量随深度的变化量，故相比其他商业有限元软件中Mohr-Coulomb模型只能采用固定的弹性模量值要灵活准确。
（2）其他单元本构模型
计算中围护桩、抗拔桩、围护桩顶板，基坑底板等材料采用弹性模型进行模拟。
地铁隧道的变形要求严格，地铁隧道在基坑开挖下的变形处于弹性阶段，故对隧道管片也采用弹性模型。
3材料参数取值
计算中不同分层土体的模型参数、重度、侧压力系数等参数部分从地质勘察报告中得到，另一部分通过监测数据反演分析得到。
勘察报告给出的变形参数是压缩模量，压缩模量的计算中考虑了很大一部分塑性变形。
类似基坑开挖过程中，绝大部分土体处于卸荷状态，因此，实际岩土体的弹性模量要大于压缩模量，与回弹模量相近，土体的弹性模量与埋深密切相关，故本报告在选取土体弹性模量时在地勘压缩模量的基础上进行了修正。
参数如下表所示
4边界约束
模型边界采用标准约束形式，在侧向边界面施加水平方向约束（X方向UX=0，Y方向UY=0），在模型底面施加竖直方向约束（UZ=0）。
边界约束如下图所示
5网格划分及单元类型
为保证网格划分质量，核心区土体及盾构管片种子（SEED）间距为3m，外围土层种子间距为12m。
总共单元数为41793。
网格划分图下图
6模型施工步骤按下表所示
工况一：初始应力场平衡（包括隧道）；
工况二：原堆土从10.0m高程卸载至8.0m高程，并堆填另一块从6.0m标高
至8.0m高程；
工况三：搅拌桩、抗拔桩施工；
工况四：地下水位降至1.0m高程；
工况五：堆土卸载至标高6.0m。
工况六~工况十七（remove1~11）：1~11区块分块开挖。
工况十八：钢锭堆载移除。
三维分析结果
1.土体变形情况（注，标记的数值为坑底处土体变形量，单位mm）
8m以上标高土体卸除后变形
降水至-6m后土体变形
6m以上土体卸除后土体变形
1区开挖完成
2区开挖完成
3区开挖完成
4区开挖完成
5区开挖完成
6区开挖完成
7区开挖完成
8区开挖完成
9区开挖完成
10区开挖完成
11区开挖完成
钢锭移除
2.盾构变形情况
8m标高以上土体卸除后变形
围护桩、抗拔桩施工完成后土体变形
降水至-6m后土体变形
6m以上土体卸除后土体变形
1区开挖完成
2区开挖完成
3区开挖完成
4区开挖完成
5区开挖完成
6区开挖完成
7区开挖完成
8区开挖完成
9区开挖完成
10区开挖完成
11区开挖完成
钢锭移除
左线隧道变形变化图。