沥青混凝土心墙坝竣工期应力变形有限元分析 古 军 ， 谢 鹏 尚 琨 。 (1．西安 市防汛机动 抢险 队 陕西 西安 710007： 2．中国水电建设集团十五工程局有限公司第四工程公司 陕西 西安 710065； 3．西安 市西北 郊城 市排 洪 渠道 管理 中心 陕西 西安 710007) 摘 要 由于 沥青混凝 土心墙 坝具有 结构简 单 、建造经 济 、受 气候 条件 影响 小等优 点 ，越 来越 受到人 们 的关注 。本 文采用 Duncan—Chang非 线性 E—B模 型模拟 大坝 堆石体 及沥 青混凝 土 心墙 的 本 构 关系 ，考 虑 沥青混凝 土心墙 与坝体 堆石 料 间的接 触 ，采 用 三维 有 限元方 法对 某 沥青混 凝 土心墙 坝应 力变形进 行计算 分析 。 关键词 沥青混凝 土心墙 ；本 构关 系；接触 中图分类号 ：Tv315 文献标 识码 ：B 1工 程概 况 某水 利枢 纽 工程 总装 机容 量 为 24．6万 kW ，水 库 正 常 蓄 水 位 1530m， 死 水 位 1510m，总库容 1．24亿 m 。挡 水建筑 物为 沥 青 混 凝 土心 墙 堆石 坝 ，最大 坝 高 170m，按 1 级 建筑 物设计 ，坝顶 长度 219．44m，坝顶宽 度 12m。整个坝体修建 在厚 约 30m的覆 盖层上。 心墙最 大高度 133m，顶厚 0．6m，向下 逐渐 加 厚 ，至 1403m高程厚度 1．5m，底部 设约 3m高 的 大 放 脚 ，放 脚 处 心 墙 厚 度 从 1．5m 变 为 3．0m。紧邻沥青 混凝 土心墙上 、下游分别设 I 型过渡层和 II型过 渡层 ，水平 宽度分别为 2m 和 2m～4m(顶部 2m，底部 4m)。心墙放 大基 础位于混凝土垫 座上 ，垫座 宽 8m，高 2m。 2有 限元计算模型和计算参数 2．1材料 的本构 关系 表 1 Duncan—Chang非线 性 E—B模 型能 很好 地模拟 堆石体 的应 力变形 特性 ，模 型公式 简 单 、参数 物理 意义 明确 ，且参 数 的 测定 方 法 成熟 、简单 ，因而 在堆 石 坝计 算 中被 广 泛 应用 。本文 采 用 Duncan—Chang双 曲线 E—B 模 型模 拟筑 坝 堆石 体 和沥 青 混凝 土 的本 构 关 系 。坝 体堆 石料 及 沥青 混 凝 土 E—B模 型试 验参数 见表 1。 2．2接触 面的模 拟 建 立有 限元计算 模 型时 ，当两 种相邻 材 料 的变形相 差较 大时 ，受力 变形后 接触 面上 产 生错 动 、滑 移或 开 裂 ，即 当接 触 面上 剪应 力达 到莫 尔 一库 仑破坏 准则 时 ，剪 应力 和剪 切位 移之 间不再 遵循某 一特 定关 系 ，为此常 在 性 质差 别 较大 的相 邻 材料 之 间设 置 接触 单元 。本 文进行 应力变 形分 析时 ，在 心墙 与 其 两侧 过 渡 层之 间 、底部 混 凝 土垫 座 与心 墙 、坝体 相交 处 以及 两岸 混 凝 土垫 座 与心 坝体 堆石料 及沥青 混凝土 E—B模 型试验 参数 墙 、坝体相交 处分别 没置 了接触 单元 。 接 触 单元 形 式 采 用 无 厚 度 的 Goodman 单元 ，接触 面模 型参数见 表 2。 2．3有 限元计算 模型 及荷载 分级 计算 模 型 网格 剖 分 主要 采 用 8节 点 6 面体 单元 ，将坝 体和地 基离 散后 共得 到单元 有 11394个 ，节 点 13541个 。其 中沥青 ?昆凝 土 心墙沿 厚度 方 向剖 分为 两层 单元 ，以便 分 析其 上下 游侧 的拉压状 态 。坝 体三维 有限 尢 网格 剖分 见 图 1(a)，心墙 及混 凝 土 座 网格 如 图 l(b)、图 1(c)所示 。 为模拟 坝体 实际施 工过 程 ，根据 其施 1 进度 ，从 河坝 基至坝 顶逐 层上 升 ，分 12级 倚 载模拟 大坝 的填筑施 工 。 13计算成果分析 3．1坝体竣 工期 的应力变 形 图 2、3分 别 为 坝 体 最 大 坝 岛 剖 面 竣

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