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土石坝是一种古老的坝型,因其具有施工简单、造价低并且能适应复杂地质条件等优点,是水利水电工程建设中重要的坝型之一。对高土石坝,除应进行稳定及渗流分析外,还必须分析其应力和变形。近年来,国内外建造了不少百米以上的土石坝,甚至有超过三百米高的。在高的和新型的土石坝设计中,进行应力变形分析,显得更为重要。
在土石坝的有限元计算分析中,关键点和难点是准确描述土石坝材料的本构关系。本文使用有限元计算ADINA软件,采用邓肯-张E-B材料本构模型,建立了三维的粘土心墙坝与粘土斜心墙坝两个有限元模型,并利用ADINA单元生死功能模拟坝体的施工和蓄水过程,得到了心墙坝和斜心墙坝两种不同坝型的应力、变形分布与变化规律。经分析,两种坝型的竖直沉降量,上下游变形呈对称形式,心墙变形较两侧堆石料大的多,斜心墙坝的沉降比心墙坝大;两种坝型的水平位移,大致以坝轴线为界,上游部位向上游变形,下游部位向下游变形,斜心墙上下游最大位移均大于心墙坝;两种坝型的坝体的应力分布均匀,应力分布呈现出从心墙底部沿高程逐步减小的趋势,坝体上下游侧的应力基本上与坝坡对应呈对称分布,大、小主应力最大值均出现在心墙底部附近,无拉应力产生。所获得的分析计算成果对类似工程具有一定的参考价值。