土石坝塑性混凝土防渗墙应力变形数值模拟研究

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塑性混凝土防渗墙是在刚性混凝土防渗墙基础上发展起来的一种有效的透水体防渗处理技术。由于塑性混凝土防渗墙具有优异的性能,目前已经广泛应用于病险水库大坝的除险加固工程。然而,塑性混凝土防渗墙的受力非常复杂,有限元数值分析方法能对防渗墙的受力性状进行精确模拟,但许多通用的有限元分析软件都不包括邓肯-张本构模型,不能准确地对墙体进行应力变形计算。围绕上述问题,本文主要进行了以下几个方面的研究工作。   (1)对塑性墙和刚性墙的应力进行了对比分析,并对混凝土防渗墙的受力性状、影响应力变形的因素也进行了详尽的总结。   (2)对有限元计算软件ANSYS进行二次开发,加载邓肯-张本构模型,利用ANSYS功能齐全、收敛性好、运算速度快的特点,采用该软件对塑性混凝土防渗墙的应力变形进行数值分析计算。通过对100m高均质堆石坝的算例进行验证,结果表明,垂直位移最大值发生在坝体的中部,约为坝高的1/3~1/2处;水平位移最大值发生在坝体的中下部,约为坝高的1/3处,且靠近坝坡处。上述结果符合模拟施工过程逐层加载的计算规律,这也证明本程序的计算结果与理论结果吻合得较好,计算精度和效率较高。   (3)利用本文开发的程序对新湾副坝防渗墙进行了应力应变计算,计算结果表明,塑性混凝土防渗墙应力远远小于刚性墙,且一直处于受压状态,拉应力很小,破坏受抗压强度控制;在坝体和坝基的交界处,由于材料的模量变化较大,坝体材料的模量大于坝基表层土,在坝基表层处发生弯曲,位移值较大;在基岩与土层的交接部位产生较大的拉应力和剪应力,但相比刚性墙已大幅度减少。   本文得出的结论对工程实际有一定的指导意义,对ANSYS用户进行自定义子程序的开发,为扩展其功能、为通用软件在岩土工程分析中的应用进行了有益的尝试。
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