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堆石坝应力变形的非线性有限元分析

发布于:2016-02-17 21:25
有限元分析

      在建的积石峡水电站位于青海省循化县境内积石峡出口处,是黄河上游干流“龙青段梯级规划”的第五个大型梯级电站。总库容2.635×108m3,为大型水电枢纽工程。电站主体建筑物大坝采用混凝土面板堆石坝,坝顶高程为1861 m,坝顶长度为355.5m,坝顶宽度为10m,最大坝高为100m,趾板开挖最低高程为1761m,上游坝坡坡比为1∶1.4,下游坝坡综合坡比为1∶1.71。坝体从上游到下游依次分粘土铺盖区、盖重区、混凝土面板、垫层区、特殊垫层区、过渡区、主堆石区、下游堆石区。
面板堆石坝的材料主体为垫层、过渡层及堆石体等散粒体材料,在荷载作用下这些材料通常呈现非线性变形特性。目前,国内通常采用非线性邓E-B本构模型来模拟这些材料的有限元分析应力应变关系。
      若以Fmax表示应力状态历史记录中的最大值,当计算的F>Fmax时,判定为加荷情况,取用切线弹模Et值。当计算的F<0.75Fmax时,认为处于卸荷状态,取用卸荷模量Eur。当0.75Fmax<F<Fmax时,认为处于过渡状态,按如下线性插值取用卸荷模量,即:E=Et+ 4(Eur-Et)Fmax-FF。
      材料非线性问题的基本解法有迭代法和增量法两种,其中按材料切线模量迭代计算过程的不同,增量法又分为基本增量法和中点增量法两种。相比较而言,由于中点增量法具有分级迭代易于收敛、计算精度较高等优点,因此在工程实际中应用更为普遍。
      沿坝轴线选取最大剖面所在的坝段建立计算模型。计算范围:上、下游方向分别取至上、下游坝坡坡脚,沿坝轴线方向取一个面板块的宽度即长为12m的坝段,坝底取至河床基岩面。 
      边界条件:底部取为固定铰约束,模型左右两侧面施加沿坝轴线方向的约束。混凝土采用线弹性模型,垫层、过渡层及堆石体材料采用非线性邓肯E-B模型。选用8节点等参单元进行剖分,共剖分为102个单元、596个节点。
      算工况分:大坝施工期和蓄水期两种。为模拟大坝分层碾压填筑的施工过程,计算时共设置16级荷载以实现逐级加载。其中,从坝底至坝顶的坝体填筑分7级荷载步,混凝土面板浇筑分2级荷载步,水库蓄水至正常高水位的蓄水过程分7级荷载步。
      按照上述有限元计算模型,按逐级加载的方法,进行大坝非线性有限元仿真计算,得到大坝竣工期和蓄水期的应力变形计算结果。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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