混凝土重力坝三维数值模拟及优化设计 李林科 ，张爱军 (西北农林科技大学 水利与建筑工程学院 ，陕西 杨凌 712100) 摘 要 ：随着重力坝在工程 中的广泛应用及 新建重力坝坝高不断增加 ，其局部坝段 的工作状况对大坝的整体运行影响也 越来越 大 ，因此选择适合工程 实际的重力坝坝型显得 尤为重要 。通过抗 剪断稳 定计 算和三 维数值分析相 结合 的方法 ，分 析 了某重力坝的安全稳 定性 。计算 结果表 明，该坝坝肩段 出现 拉应力 ，以此对原设 计方案进行优 化设计 ，优化后 新坝 型 坝肩段 无拉 应力 出现 。原 方案 与优化方案的对 比分析表明 ：类似 工程 中，重力坝坝肩段 设计应采用坝肩段 与主坝段 有一 定 角度或类似于拱坝的形式布设 ，以减小坝肩拉应力 ；在 同类重力坝安全稳 定分析 时，可采用抗剪 断稳定计 算与三 维数 值模拟相结合的方法 ；在二 维计算满足规 范要求时 ，三维数值模拟 可采 用弹性材料计算 。 关 键 词 ：重力坝 ；优化设计 ；抗滑稳定 ；数值模拟 中图分类号 ：TV642．3 文献标识码 ：A doi：10．3969／j．issn．1000—1379．2012．08．043 3DNumericalSimulationandOptimizationofConcreteGravityDam LILin—ke，ZHANG Ai-jun (CollegeofWaterResourcesandArchitecturalEngineering，NoahwestA&FUniversity，Yangling712100，China) Abstract：Withwideorrangeapplication ofconcretegravitydam andtheincreasing ofitsheight，theimpactofworking conditionsinpartofdam onthewholedam operationsystem isgrowing．Thus，gravitydam optimizationdesignwhichaimstofitforengineeringpracticeispa~ieularlyimpor- tan t．Basedon atypicalexampleofgravitydam ，anew methodthat3D numericalsimulation combinedwith an ti—cutstabilityan alysiswasemployed toanalyzethestabilityofthatgravity dam ．Thecalculation resultsindicatesthattensionstressappearedinabutment，hereofanoptimization based on theoriginaldesign iscarriedout，andthe improvedresultsshowsthatthereisnotensionstressin ab utment． Bycomparingthe originaldesign andoptimizeddesign，conclusionsaregivenasfollowing：inordertoreducemaximumtensileinabutment，concretegravityabutmentshouldbede— sign ed acertain anglewithmain dam orbe design ed similarto abutmentofarchdam；themethod of3D numerical simulation combinedwith anti- cutstab ilityanalysisCan beusedintheanalysisofcongenergravitydam ；when theresultsof2D slidingstabilityan alysisCan satisfycode’Srequire— ments，elastic material canbeused in 3D numerical simulation． Key words：gravitydam ；optimization design；slidingstability；numerical simulation 混凝土重力坝结 构简单 、施 工方便 ，在水 利工程 中应 用较 多 ，近年来新建重力坝 的坝高不 断增加 ，其 局部坝段 的工 作状 况对大坝整体运行 的影响 也越来越 大 ，为 了发 挥其经 济效 益 ， 必须保证高重力坝能够安全稳定运行 。 目前 ，重力坝 的研究重 心逐渐 由以前单一 的静力计算 向静 动力分析转 变 I4，由二维 抗 剪断稳定计算 向基 于分项 系数法 的深层 或多 滑动 面抗 滑稳 定 分析转 变 I9j，而关 于重力坝体形及 布置方面 的研 究越来越 少 “ 。静动力分析及基于分项 系数法的抗滑稳 定分析从方 法及实现平台来讲还需深入探讨 ，目前还无法成为实际工程应 用 中方便快捷的方法。相对 于上述两种 方法 ，抗 剪断稳定计算 有着操作简便且 容易实现 的优点 ，而静力平衡是 静动力分析 的 基础，因此笔者以二维抗剪断稳定计算与三维静力平衡相结合 的方法 ，对某典 型重 力坝进行 安全稳 定分 析 ，并 在此 基础上 对 重力坝平面布置进行 了优化设 计。 1 工程概况 某水库为主要供水水源工程 ，兼顾农业灌 溉和养鱼等综 合 效益 ，对保证 附近钼矿 的正常开采运行具 有重要 的作用 。水 库 大坝 为 实 体 }昆凝 土 重力 坝 ，最 大 坝 高 为 55m，坝 顶 高 程 为 1130．0In，坝顶长 207．5m，坝 顶 宽 度为 7111，最 大 坝底 宽 为 38．85m。大坝左岸 和 中部为 直线 ，右 岸 为折 弧线 ，共 分为 14 个坝段，由右岸向左岸依次编号 ，其中6、7坝段布设取水建筑

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