導(dǎo)語(yǔ)：土壩浸水變形分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要摘要：基于土壩浸水變形分析的增量有限元法，并結(jié)合鄧肯E－B模型，編制了相應(yīng)的土壩應(yīng)力及變形有限元計(jì)算程序。應(yīng)用實(shí)例的計(jì)算結(jié)果表明，所采用的增量有限元分析方法是合理的，所得計(jì)算結(jié)果也是接近實(shí)際的。

摘要：浸水變形本構(gòu)模型增量有限元法

1引言

眾所周知，土壩對(duì)水的功能十分敏感，尤其在水庫(kù)蓄水初期，土壩會(huì)發(fā)生某些非凡的變形。比如，水庫(kù)初次蓄水期，土壩上游壩殼表面往往產(chǎn)生向上游的位移，這和水壓力功能的方向正好相反，同時(shí)還伴隨一定的下沉，而不是想象中的隨浮托力的增大而上抬。大量的探究成果表明，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的根本原因就在于壩體土料的浸水變形，或稱濕化變形［1，2］。浸水變形往往使壩頂發(fā)生橫向的伸長(zhǎng)變位從而引起壩體發(fā)生不均勻沉降，甚至導(dǎo)致壩體產(chǎn)生縱向裂縫［1］。因此，如何對(duì)初次蓄水期土壩的浸水變形進(jìn)行準(zhǔn)確而合理地分析，在此基

礎(chǔ)上把握其發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律，對(duì)確保土壩的正常運(yùn)行具有重要意義。

2浸水變形的分析方法

目前有關(guān)浸水變形增量分析方法的探究還不夠深入。但據(jù)筆者分析，文獻(xiàn)［2］所建議的一種增量分析方法，即增量有限元法，相對(duì)而言還是較為合理的。其基本原理如下摘要：設(shè)單元在浸水前的應(yīng)力狀態(tài)為｛σd｝，假定它是由n級(jí)應(yīng)力增量按比例增加達(dá)到的，則每級(jí)應(yīng)力增量為式中，剛度矩陣［Dd］是和當(dāng)前的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)的干態(tài)非線性彈性或彈塑性矩陣。

將各級(jí)增量下的｛Δε｝累加，即得浸水前的總應(yīng)變｛ε｝。

假定浸水前后應(yīng)變相同，則浸水后每級(jí)的應(yīng)力增量可按下式計(jì)算摘要：

｛Δσw｝＝［Dw］｛Δε｝（3）

式中［Dw］為浸水飽和狀態(tài)的剛度矩陣。

將各級(jí)增量下的｛Δσ｝累加，即得浸水后的總應(yīng)力｛σ｝。

按假想約束的思路，可確定由浸水變形產(chǎn)生的“初應(yīng)力”為

｛Δσ｝＝｛σd｝－｛σw｝（4）

然后，將此假想的“初應(yīng)力”約束釋放，轉(zhuǎn)化為等效結(jié)點(diǎn)荷載，即

式中，［B］為單元幾何矩陣；負(fù)號(hào)表示由于浸水變形轉(zhuǎn)化的等效結(jié)點(diǎn)荷載實(shí)際上不存在，故需從單元結(jié)點(diǎn)荷載中予以扣除。

由等效結(jié)點(diǎn)荷載｛F｝，即可求得土體由于浸水變形所引起的附加位移及附加應(yīng)變。

為簡(jiǎn)化計(jì)算，可將｛F｝和水壓力或滲透壓力、浮托力等所轉(zhuǎn)化的結(jié)點(diǎn)荷載疊加在一起進(jìn)行計(jì)算。

3應(yīng)力—應(yīng)變本構(gòu)模型

目前，非線性彈性的鄧肯E—B模型是土石壩應(yīng)力變形計(jì)算中最常用的模型［3］。該模型的基本原理如下摘要：

材料的切線模量

4應(yīng)用實(shí)例

某水庫(kù)大壩壩型為砂礫石壩殼粘土心墻壩，最大壩高127．5m，壩頂長(zhǎng)440m。上游壩坡1∶2．2，下游壩坡1∶1．8。心墻兩側(cè)設(shè)反濾層，上游側(cè)寬3m，下游側(cè)寬5m。大壩心墻土料自1999年10月開始填筑，2001年底大壩竣工、水庫(kù)開始蓄水。

基于上述的鄧肯E－B本構(gòu)模型及浸水變形的增量有限元方法，筆者編制了相應(yīng)的二維有限元計(jì)算程序，用此程序?qū)υ撍畮?kù)初次蓄水時(shí)的大壩變形進(jìn)行了有限元計(jì)算。計(jì)算取用的斷面為大壩設(shè)計(jì)樁號(hào)為0＋226m的最大斷面。計(jì)算中模擬逐級(jí)加載過程，共采用17個(gè)荷載級(jí)，其中施工階段壩體填筑分11級(jí)，水庫(kù)初次蓄水從現(xiàn)有的幾個(gè)觀測(cè)水位直到正常高水位594．0m，共分6級(jí)。計(jì)算所用的壩體材料模型參數(shù)見表1所列。

心墻在竣工期及和各蓄水位相應(yīng)的最大豎向變位的計(jì)算結(jié)果見表2，此表中還同時(shí)列出相應(yīng)的部分豎向變位觀測(cè)成果，以資對(duì)照。

從圖1、圖2及表2可以看出，隨著水庫(kù)蓄水水位的逐漸升高，土體顆粒受到水的潤(rùn)滑進(jìn)而產(chǎn)生越來越大的浸水變形，從而使心墻產(chǎn)生越來越大的豎向變位；同時(shí)可以看出，計(jì)算得到的豎向變位和實(shí)測(cè)結(jié)果較為接近，且二者的變化趨向基本一致。根據(jù)位移計(jì)算結(jié)果，計(jì)算得到的豎向位移均是鉛直向下的，這說明浸水變形所引起的下沉功能總大于浮托力所引起的上抬功能。從圖3、圖4及其它蓄水位時(shí)的水平位移計(jì)算結(jié)果可以看出，

上游壩殼土體的水平位移受浸水變形的功能較為明顯，在竣工期及較低蓄水位時(shí)，由于無水平推力或水平推力尚小，致使上游壩殼部分單元產(chǎn)生向上游的位移，但隨著蓄水位升高，幾乎全部上游壩殼的單元水平位移又變?yōu)橄蛳掠蔚奈灰啤?/p>

5結(jié)語(yǔ)

本文基于土壩浸水變形分析的增量有限元法，并結(jié)合鄧肯E—B模型，編制了相應(yīng)的土壩應(yīng)力及變形有限元計(jì)算程序。應(yīng)用實(shí)例的計(jì)算結(jié)果表明，所采用的增量有限元分析方法是合理的，所得計(jì)算結(jié)果也是接近實(shí)際的。顯然，本文有關(guān)土壩浸水變形的探究思路和分析方法，對(duì)類似工程新問題的探究具有重要的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

［1］朱百里，沈珠江．計(jì)算土力學(xué)［M］．上海摘要：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1990．

［2］錢家歡，殷宗澤．土工原理和計(jì)算［M］．北京摘要：中國(guó)水利水電出版社，2000．

［3］蔣國(guó)澄，等．混凝土面板壩工程［M］．武漢摘要：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，1997．