基于横观各向同性的面板堆石坝性态分析
混凝土面板堆石坝关键技术与研究进展
混凝土面板堆石坝关键技术与研究进展徐泽平【摘要】简要回顾了中国混凝土面板堆石坝30多年的发展历程.从材料的级配特性、强度特性、变形特性、流变特性,以及接触面模拟、流变分析、精细化仿真计算等方面综合论述了混凝土面板堆石坝筑坝材料工程特性研究及大坝应力变形数值计算分析技术的研究进展.针对混凝土面板堆石坝的安全建设问题,从坝体渗流安全、大坝变形控制和混凝土面板挤压破坏的角度论述了混凝土面板堆石坝的筑坝关键技术.【期刊名称】《水利学报》【年(卷),期】2019(050)001【总页数】13页(P62-74)【关键词】混凝土面板堆石坝;材料试验;数值分析;渗流安全;变形控制;面板挤压破坏【作者】徐泽平【作者单位】中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京 100038【正文语种】中文【中图分类】TV641.41 研究概述采用分层填筑、薄层振动碾压的堆石（或砂砾石）作为大坝主体的现代混凝土面板堆石坝已有40多年的历史。
在当代坝工建设实践中，混凝土面板堆石坝以其优越的安全性、经济性，以及对复杂地形、地质条件的良好适应性为特征，在坝型比选中表现出很强的竞争力，在水利水电工程中得到了广泛应用和迅速的发展，目前全世界已建的混凝土面板堆石坝数量已接近400座。
现代混凝土面板堆石坝的建设始于澳大利亚的Cethana面板堆石坝，Cethana面板堆石坝设计和施工中所建立的标准和方法对其后的混凝土面板堆石坝发展产生了重要的影响。
进入21世纪以来，国际上相继开工建设了一批坝高200 m级的高混凝土面板堆石坝，并应用了一些新的技术手段，取得了较为丰富的成果。
但部分已建200 m级高坝工程在运行中也出现了面板挤压破坏、面板裂缝和大量渗漏等问题，这些问题集中反映了高混凝土面板堆石坝的新特征，引起了国际坝工界的普遍重视，同时也对中国高混凝土面板堆石坝技术发展起到了借鉴和促进作用。
限于篇幅，本篇论文将主要论述中国在混凝土面板堆石坝筑坝关键技术上的进展，有关国外相关技术进展的论述可参见文献［1-2］。
基于双屈服条件准则的横观各向同性本构模型研究及其数值模拟
基于双屈服条件准则的横观各向同性本构模型研究及其数值模拟QU Guangxiu;REN Peng【摘要】为研究层状岩体的力学特性,提出基于双屈服条件强度准则的本构模型.基于双屈服条件强度准则,联合横观各向同性的广义虎克定律刚度矩阵建立考虑横观各向同性的本构模型,并结合岩石单轴压缩试验数据,通过最小二乘法拟合该模型的参数;实现该模型的单轴压缩试验数值模拟,并通过室内单轴压缩试验结果对数值模拟结果进行验证,分析模型的可靠性.研究结果表明:本文提出的本构模型在层状岩体的力学分析方面具有适用性,为层状岩体力学特性研究及层状岩质边坡的稳定性分析奠定了基础.【期刊名称】《铁道科学与工程学报》【年(卷),期】2019(016)006【总页数】6页(P1448-1453)【关键词】横观各向同性;本构模型;双屈服条件强度准则;数值模拟【作者】QU Guangxiu;REN Peng【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TU458层状岩质边坡广泛分布于我国西南地区，其明显的横观各向同性力学特性对边坡的稳定性有着显著影响，因此如何建立适用的本构模型以探究其力学行为具有重要的工程实践意义。
关于横观各向同性岩石的本构模型研究，国内外学者进行了大量研究。
刘运思等[1]通过室内试验对横观各向同性岩体的弹性参数进行了研究。
Gonzaga等[2]通过三轴压缩试验研究了如何确定横观各向同性岩石的力学参数。
ZHANG等[3−5, 11]通过不同试验手段研究了横观各向同性岩石的破坏机理，探讨了加载速率对破坏过程的影响。
熊良宵等[6−8]采用数值模拟方法，探讨了横观各向同性岩体的力学特性。
Colak等[9−10]对横观各向同性岩体的破坏强度准则进行了研究。
上述研究成果大都基于Hoek-Brown准则，描述横观各向同性岩体的强度和变形特征，并提出不同的强度准则和弹塑性本构模型，但大多研究成果仅从强度或者变形特征这种单一因素考虑横观各向同性岩体的本构模型，如何科学地描述层状岩石的强度和变形特征仍值得商榷。
混凝土面板堆石坝变形特性三维有限元仿真分析的开题报告
混凝土面板堆石坝变形特性三维有限元仿真分析的开题报告一、研究背景混凝土面板堆石坝结构是一种由混凝土面板和堆石体构成的混合结构体系，具有结构形式简单、抗震能力强等优点。
该结构具有广泛的应用领域，包括水利水电工程、防洪工程等方面。
然而，由于混凝土和堆石体材料的差异、非线性及变形特性的差异等因素，混凝土面板堆石坝结构容易出现变形、开裂等问题，从而危及整个结构的安全性。
因此，对于混凝土面板堆石坝的变形行为进行深入的研究，对于提高结构的安全性具有重要意义。
二、研究内容本研究旨在通过三维有限元仿真，分析混凝土面板堆石坝的变形特性。
具体内容包括以下方面：1.建立混凝土面板堆石坝三维有限元模型，对其进行建模与网格划分；2.考虑混凝土和堆石体材料的非线性及变形特性，建立包含多种本构模型的有限元模型；3.对混凝土面板堆石坝结构施加水压和静载荷等载荷情况，进行有限元仿真计算，分析结构的变形特性、应力状况等参数，并通过对比分析，探究不同参数对结构变形的影响；4.通过仿真的结果，提出结构的改进措施，提高结构的安全性。
三、研究方法本研究采用三维有限元方法对混凝土面板堆石坝进行数值模拟分析。
具体方法如下：1.建立混凝土面板堆石坝三维有限元模型，采用ANSYS或ABAQUS 等软件进行建模；2.采用包含多种本构模型的有限元模型，考虑混凝土和堆石体材料的非线性及变形特性；3.分别对混凝土面板堆石坝结构施加水压和静载荷等载荷情况，进行有限元仿真计算，得到结构的变形特性、应力状况等参数；4.通过对比分析，探究不同参数对结构变形的影响，提出结构的改进措施，提高结构的安全性。
四、预期成果1.建立混凝土面板堆石坝三维有限元模型，得到结构的变形特性、应力状况等参数；2.通过对比分析，探究不同参数对结构变形的影响，提出结构的改进措施，提高结构的安全性；3.提供混凝土面板堆石坝建设工程实践的参考依据，具有一定的理论和实践意义。
五、进度安排1.文献综述与研究问题的明确（1个月）；2.混凝土面板堆石坝三维有限元模型的建立（2个月）；3.采用包含多种本构模型的有限元模型进行数值模拟，分析结构的变形特性（3个月）；4.分别对混凝土面板堆石坝结构施加水压和静载荷等载荷情况，进行有限元仿真计算，得到结构的变形特性、应力状况等参数（3个月）；5.通过对比分析，探究不同参数对结构变形的影响，提出结构的改进措施，提高结构的安全性（2个月）。
某混凝土面板堆石坝观测资料分析
２支 （Ｇ Ｓ ９和 Ｓ １） Ｇ ０ 。面板周边缝上 的三 向测逢计共设 ５ ， 组
其 中左 岸 ３组 （ Ｊ、 Ｓ５和 Ｓ６ ，右 岸 ２组 （ Ｊ 和 ｓ２ 。 Ｓ ４ Ｊ Ｊ） ｓ１ Ｊ）
另外 ，在河床段 埋设 面板 周边缝二向测缝计 （Ｊ） ｓ３ 。
３． ，占总沉降量 （４２ ）的 ８％，大部分沉 降发 ０５ ｃ ４埘 ３． ｃ ２瑚 ９
顶端最小厚 度 ０ ３ｍ，底 端最大厚 度 ０５ｍ，中间采 用渐变 ． ． 方式过 渡。为 了了解 面板 堆石坝 在沉 降、位移 、渗 流等方
３ ． ｍ （０２年 ２月 ３日测得 ） ０５ ｃ ２０ ４ ，由于 该测点 位于坝轴 线
面的变化特 征 ，设置 了坝体 内部 沉降 、坝体 表面沉 降及水 平位 移、周边缝位移 和渗 流量 等观测项 目。
中 图分 类 号 ：Ｔ ６８ １ Ｖ９ ． 文 献标 识码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１０—０ Ｘ（ｏ ｏｏ．１００ ０８７ １ ２ ｌ）４００－２
某水库混凝土 面板堆石 坝主体工程 于 １９ ９９年 ３ ５日 月
开 工 ，２０ ００年 ９ １ 目开 始 面 板 浇 筑 ， １２ １ 工 程 基 月 ９ ２０ 年 月 ３
于 ２０ 年 ４月 ７日埋设 完成 ，自埋设 之 日起沉 降仪 即开始 ０１
观测 。
本建成 ，２０ 年 ２月 ２日通过蓄水验收 ，并 于 ２０ 年 ２月 ４ １２ ３ ０２
日下闸蓄水 ，２Ｏ Ｏ２年 ３ ２ 月 ５日蓄至 正常水位 。大 坝坝顶 高
程 ５１ ６ ｍ，上 下 游 坝 坡 均 为 １ １３ ： ．，最 大 坝 高 ８ ． ｍ 面 板 ７０ 。
升 ，沉降增速 更快。 同一 高程 上的各 测点 ，沉 降增量 最大
某面板堆石坝坝体沉降观测资料分析
某面板堆石坝坝体沉降观测资料分析戴春华;石晓兰【摘要】面板堆石坝坝体沉降因大坝填筑强度、基础地质情况的不同而呈现较大的差异性.通过对某面板堆石坝坝体沉降观测资料的分析,认为在砂卵石基础上大坝高强度填筑虽然会引起坝体较大沉降,但只要大部分沉降量发生在施工期及间歇期,则不会影响蓄水后大坝的运行.【期刊名称】《浙江水利科技》【年(卷),期】2011(000)001【总页数】3页(P36-38)【关键词】面板堆石坝;填筑强度;沉降量;分析【作者】戴春华;石晓兰【作者单位】浙江省水利河口研究院,浙江,杭州,310020;东阳市横锦水库管理局,浙江,东阳,332100【正文语种】中文【中图分类】TV6981 工程概况某水库位于浙江东部沿海地区,是一座以供水、防洪为主,结合灌溉、发电等综合利用的Ⅱ等水利工程。
水库集水面积40.01 km2,总库容3398万m3,水库正常蓄水位65.30m(国家85高程,下同),设计洪水标准为100 a一遇,相应洪水位为68.04m,校核洪水标准为2000 a一遇,相应洪水位为70.00 m。
大坝坝型为混凝土面板堆石坝,坝顶高程为70.00 m,防浪墙顶高程71.20 m,最大坝高49.00 m,坝顶宽6.9m,长420.0 m,大坝上、下游坡坡比分别为1∶1.4、1∶1.3, 在下游23.0,39.0,54.0 m高程处, 设置 3级3.0 m宽的马道。
工程枢纽建筑物由大坝、泄水建筑物、发电引水建筑物、发电厂及升压站组成。
泄水建筑物布置在右坝段,为溢流重力坝,宽24.0 m,堰顶高程61.30 m;引水发电系统位于大坝左岸,由进水口、洞身及出口组成;电站厂房位于大坝下游左岸,由主厂房、副厂房、升压站、尾水渠、进厂公路等组成。
2 坝体沉降量监测仪器布置坝体沉降量监测仪器采用水管式沉降仪进行,7套共计21个测点 (编号SG1～SG21),其中在坝基20.0 m高程 0+120,0+192,0+260 m断面分别设置3个、5个、3个沉降量监测点;在大坝39.0 m高程0+120,0+192,0+260 m断面分别设置2个、4个、2个沉降量监测点;在大坝54.0 m高程0+192 m断面设置2个沉降量监测点。
基于E-B模型的面板堆石坝变形模拟
基于E-B模型的面板堆石坝变形模拟
王栋;赵礼;张晓悦
【期刊名称】《浙江水利科技》
【年(卷),期】2018(000)004
【摘要】混凝土面板是面板堆石坝最主要的防渗体,其变形和开裂状态对大坝的整体安全至关重要,在设计阶段需要对施工期及运行期面板的变形做充分预测.土石散粒体的本构模型种类繁多,采用非线性弹性模型中的邓肯E-B模型,结合商业有限元数值模拟软件,对陕西省某水库沥青混凝土面板堆石坝进行数值模拟,对比多年以来坝体和面板的渗漏和变形观测数据,发现模拟结果很好地与实际情况相吻合,表明在混凝土面板堆石坝的变形模拟中,邓肯E-B模型具有很高的工程实用水平.
【总页数】5页(P59-62,71)
【作者】王栋;赵礼;张晓悦
【作者单位】浙江省水利水电工程质量与安全监督管理中心,浙江杭州 310012;浙江省水利水电工程质量与安全监督管理中心,浙江杭州 310012;浙江水利水电学院水利与环境工程学院,浙江杭州 310018
【正文语种】中文
【中图分类】TV641.4+3
【相关文献】
1.基于邓肯E-B模型的面板堆石坝应力变形分析——以毛家河水库面板堆石坝为例 [J], 余华
2.覆盖层上机板堆石坝防渗墙和面板应力变形的离心模型模拟技术 [J], 李国英
3.基于广义塑性模型的高面板堆石坝应力变形数值模拟 [J], 董国庆;何亮
4.基于Gudehus-Bauer亚塑性模型的面板堆石坝应力变形研究 [J], 陈泽钦;刘国明
5.基于不同本构模型的面板堆石坝应力变形分析 [J], 黄小华
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基于各向同性本构关系薄层单元的螺栓连接参数识别
基于各向同性本构关系薄层单元的螺栓连接参数识别姜东;吴邵庆;史勤丰;费庆国【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2014(000)022【摘要】针对螺栓连接建模与参数识别问题开展研究。
基于各向同性本构关系薄层单元理论，提出螺栓连接结构接触面力学性能识别方法。
对单个螺栓搭接及多个螺栓搭接两种结构分别进行有限元建模，忽略螺栓质量、螺孔影响，搭接界面采用各向同性本构关系的薄层单元模拟。
根据试验模态参数构造优化问题，识别搭接界面薄层单元材料参数。
结果表明，两种螺栓连接结构前四阶弯曲模态频率计算精度较高，薄层单元能准确反映接触界面力学性能。
该方法适用于单个螺栓及螺栓较密集工况动力学精确模拟。
【总页数】6页(P35-40)【作者】姜东;吴邵庆;史勤丰;费庆国【作者单位】东南大学工程力学系，南京 210096; 江苏省工程力学分析重点实验室，南京 210096;东南大学工程力学系，南京 210096; 江苏省工程力学分析重点实验室，南京 210096;东南大学工程力学系，南京 210096; 江苏省工程力学分析重点实验室，南京 210096;东南大学工程力学系，南京 210096; 江苏省工程力学分析重点实验室，南京 210096【正文语种】中文【中图分类】TU318【相关文献】1.基于位错机制钛合金本构关系的目标参数识别及实验验证 [J], 盛鹰;曾祥国;陈华燕;韩悌信2.基于三维弹粘塑性本构关系的节理单元在面板堆石坝中的应用 [J], 郑华伟;任莉3.基于横观各向同性假定的固定结合部本构关系及有限元模型 [J], 赵金娟;王世军;杨超;王诗义;杨慧新4.基于薄层单元法的螺栓连接结构有限元模型确认 [J], 秦清珍; 郭勤涛; 展铭; 马辉5.基于薄层单元法的弹体与引信系统螺纹连接模拟参数识别 [J], 鄢阿敏;王晓锋;王健;皮爱国;黄风雷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
洮河海甸峡堆石面板坝在稳定状态和非稳定状态下渗流分析研究报告大学方案
1绪论1.1 本文研究得意义大坝作为一种挡水构筑物一般都会涉及到渗流稳定性问题,并且它们的破坏主要都是从渗流开始。
如若不及时引起重视进行处理,必将危及大坝的整体稳定性。
坝体发生渗流破坏的原因,通常都是由于水力梯度引起的。
因此，要研究确定水工构筑物的水力梯度的分布 ,同时必须通过其进行渗流分析 ,确定浸润自由面，再对坝体进行渗流稳定分析，以此对大坝的安全运行进行作出合理评估。
水利枢纽工程在蓄水期，由于库区内水位的上升，在水压力的作用下会在大坝的坝体内部和大坝基底产生渗流的现象，这对水工建筑物的正常运行会产生比较不利的影响，可是又是不可避免的。
根据统计，我国已建成上万座各种类型水库，经过长年累月的运行，很多坝体在不同程度上都存在严重的病害或者隐患，这种病险危害的存在会从根本上影响水工建筑物的渗流稳定性及其变形稳定。
近年来，在水利枢纽工程的正常运行过程中发生了很多具有灾难性的的破坏，经过广泛分析研究后，分析得出在可能对坝体造成破坏的所有模式中，渗流都在其中扮演着重要的作用。
因此，对大坝渗流的研究是大坝安全检测的一项重要内容，深入的分析和研究坝体渗流状况，这对于我们水工建筑物的安全运行以及应对具有破坏性事故的威胁和保护人民生命财产具有重大而深远的意义。
目前较为理想的一种计算渗流场的方法是有限单元法。
在渗流场的基础上对其进行整体稳定性分析 ,才能得到较为可靠的结果。
因此 ,用有限单元法计算其渗流场，对挡水构筑物安全、维护、治理等都有巨大的社会效益和经济效益。
有限单元法的基本思路和原理早就有人提出，它是一套求解微分方程的数值计算法，与传统的解题法相比，有物理意义直观明确，解题效能高方法本身的适应性强，解题步骤易规范化，电子计算机配合使用后，有限单元法得到了迅速的应用和发展。
1.2 国内外渗流计算研究的发展现状法国工程师达西 (H.Dracy>，在 1986 年通过实验研究提出了线性渗透定律，为渗流理论的发展莫定了基础。
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基于横观各向同性的面板堆石坝性态分析面板堆石坝得益于其众多优点,近年来被广泛应用,针对面板堆石坝的探讨研究推动了设计和施工技术的进步,也因此出现了越来越多的高堆石坝、超高堆石坝。
有限单元法能够在一定程度上反映大坝的应力和变形规律,但由于堆石土体的复杂特性,计算结果往往和实际监测结果有差距,且计算时采用的材料参数多来源于室内三轴试验,存在缩尺效应。
堆石坝经过机械碾压施工作业后,可近似地将其视为横观各向同性体,而目前常用的非线性弹性模型将土体视为各向同性体。
改进本构模型来正确模拟横观各向同性,并且通过实测资料反演材料参数及反应横观各向同性的异性系数,不仅能使坝体变形计算值与实测值更加吻合,而且可以更准确地预测大坝运行情况,对工程实践和设计有十分重要的意义。
本文根据横观各向同性的基本理论,由土体的柔度矩阵为着手点分析横观各向同性弹性体的刚度矩阵的推导,在邓肯E-B模型的基础上,利用ANSYS二次开发UPFs工具,开发横观各向同性模型,根据微分进化算法,由位移反分析得到修正
的材料参数,通过利用横观各向同性模型和E-B模型分别对滩坑面板堆石坝进行有限元计算分析,对比不同本构模型的计算结果,并且实测资料进行比较来验证横观各向同性模型的合理性和有效性。
本文的主要研究内容有:1.从土体柔度矩阵的角度进行分析,推导横观各向同性的本构方程,利用ANSYS二次开发的UPFs 工具,开发横观各向同性模型子程序;2.结合三维有限元法和智能优化方法,采用横观各向同性的本构模型来模拟大坝堆石散粒体本构关系,整理滩坑面板堆石坝变形监测布点与资料,以现场实测变形和有限元计算变形的最小二乘法构成适应度函数,在此基础上建立滩坑混凝土面板堆石坝的材料力学参数反演数学模型;3.
介绍微分进化算法位移反分析,根据滩坑面板堆石坝的各个测点观测资料,用此方法反馈确定滩坑混凝土面板堆石坝的异性系数和有关的材料力学参数;4.用反演的异性系数和材料力学参数对不同设计工况下的滩坑混凝土面板堆石坝进行三维有限元计算分析,比较横观各向同性本构模型和邓肯E-B模型下面板堆石坝的应力变形规律,得出横观各向同性模型在坝体变位计算结果更接近实测资料、面板应力及变形有所减小但拉应力仍然偏大、面板周边缝张开及剪切接近实测资料的结论。