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【doc】糯扎渡水电站心墙堆石坝平面有限元应力应变计算分析.doc

【doc】糯扎渡水电站心墙堆石坝平面有限元应力应变计算分析

真傻傻子 2018-05-15 评分 0 浏览量 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《【doc】糯扎渡水电站心墙堆石坝平面有限元应力应变计算分析doc》,可适用于战略管理领域,主题内容包含【doc】糯扎渡水电站心墙堆石坝平面有限元应力应变计算分析糯扎渡水电站心墙堆石坝平面有限元应力应变计算分析第卷第期云南水力发电YUNNANWATER符等。

【doc】糯扎渡水电站心墙堆石坝平面有限元应力应变计算分析糯扎渡水电站心墙堆石坝平面有限元应力应变计算分析第卷第期云南水力发电YUNNANWATERP再R塾=ISSN糯扎渡水电站心墙堆石坝平面有限元应力应变计算分析赵亚明(国家电力公司昆明勘测设计研究院,云南昆明)摘要:糯扎渡水电站初拟装机容量万kWt,墙堆石坝最大坝高m在可行性研究的选坝阶段,对推荐坝型的各材料分区方案分别进行了平面有限元应力应变分析得出了合理性结论并对下一步坝体优化设计提出了建议关键词:糯扎渡水电站心墙堆石坝双屈服面模型平面有限元应力应变分析中圄分类号:TVTU文献标识码:B文章编号:()工程概况糯扎渡水电站位于云南省思茅市和澜沧县交界处,是澜沧江中下游河段梯级规划”二库八级”电站的第五个梯级电站控制流域面积l万km,形成的水库库容约亿II】,初拟装机容量万kW在可行性研究的选坝阶段,拟定了多种坝体型式,其中心墙堆石坝是推荐坝型,其最大坝高m,在正常运用条件下需承担约m高的水头,为永久性l级建筑物剖D印=P一Q擎MP一Qqg’MP一Qqq’一P鲁一Q学计算模型糯扎渡心墙堆石坝平面有限元应力应变分析采用清华大学水利水电工程系编制的计算程序程序编制采用比奥固结理论进行有效应力的应力变形分析,其中土骨架采用沈珠江院士提出的双屈服面模型…,孔隙流体流动服从Darcy定律,采用简化模式计算其压缩性沈珠江提出的双屈服面模型的弹塑性应力应变矩阵的形式为:MPS,SzQ擎P一Q擎MPS,qSyQ一P鲁一Q学Ml=BGM=Bp一G一PqQq一P一Qqq’’一P一QS,S~rqqGQB,a()口=Alr叩A:),rlAlA),=(A,一A)=pB(一),)上述式中,收稿日期:O作者简介:赵亚明(一),男,吉林长春人,助理工程师,主要从事水工建筑物设计工作p,一一G一:b一S一,lp=一Q:一p一一一:l二中II一其P云南水力发电年第期q=(l)(一)(一)=qpG和B分别为弹性剪切模量和体积模量,可按下式计算南=为弹性泊松比可取和:为两个塑性系数,按下式计算,:(若一百z,一)rrl(t一瓦)厂式中E=(G)(一RjS,)c(l一)(一sin#)一ccssin’cf】一Rd’一Rd该模型共有个计算参数c,,K,,n,Rf和Cd,t’t,Rd,它们可由一组不同围压下的三轴试验成果得出该模型采用如下双屈服面来定义加卸载准则=prg()=p一即若()一,则AO,否则Al=()若()一,则A:O,否则A:=()式()和式()同时成立则表示全加荷,同时不成立则表示卸荷,其中之一成立表示部分加荷式()中的屈服面参数r可令其等于,S对于粘土取,堆石料取由于堆石料的渗透系数很大,不考虑坝壳的固结过程,只计算心墙的固结土质防渗墙压实后的饱和度一般在左右,这时孔隙气将以气泡的形式封闭在孔隙中,并且和孔隙水一起运动因此计算中把这样的含气水当作单一的可压缩流体来看待,认为其流动服从Darcy定律,并取渗透系数为常量合当地材料坝的特点,在可行性研究阶段拟定两种坝体材料分区剖面,见图,图为保证土质心墙防渗体的沉降在允许范围内,心墙防渗料采用掺砾粘土料,同时在心墙上,下游各设两层反滤层,以保护心墙不发生渗透变形,并在心墙出现裂缝时保证土颗粒不被带走,使裂缝自行愈合坝壳采用碾压粗堆石料,其中的软岩料区拟采用抗压强度较低的开挖岩石,从充分利用建筑物开挖料的角度出发,故拟定此两种分区比较方案为协调心墙与坝壳间的应力应变,在上,下游坝壳料与反滤料间设水平宽m的细堆石过渡料区材料参数双屈服面模型的个计算参数C,,K,K,n,Rf和Cd,t’td,Rd,由三轴试验成果整理后得出本次计算所用材料参数为可行性研究选坝阶段试验成果的中值方案材料参数见表和表计算分级及网格划分应力应变计算按坝体填筑的要求进行施工分级(见图),较真实地对实际情况进行模拟:先施工围堰,在坝体填筑竣工之前蓄水至围堰挡水高程in,坝体填筑竣工后均匀蓄水至正常蓄水位m高程网格划分见图计算成果分析各方案最终结果汇总于表,水头等值线图见图,坝应力位移各方案等值线图见图图,各方案所得坝体应力位移数值及分布范围虽然略有差别,但其规律基本一致赵亚明糯扎渡水电站心墙堆石坝平面有限元应力应变计算分析图l心墙堆石坝方案l量大模截面图圈心墙堆石坝方案量大模截面圈图施工分级示意图表l沈珠江模型材料计算参数表圈计算网络图表材料物性指标表由水头等值线图可以看出,竣工期心墙区内的部分孔隙水并未完全消散,最大孔隙水压力为MPa左右,排除上游侧静水压力影响,心墙本身所余孔隙水压力已经相当小而运行期(稳定渗流期)心墙区基本没有超静孔压,固结已经完成,孔隙水压力基本上是按静水压力分布,其最大值为MPa左右从坝体应力等值线图中可以看出,各方案心墙区的拱效应均比较明显由于心墙料比坝壳料软,心墙的变形大,堆石料的变形相对小,变形不协调,于是会引起应力的重新分配心墙部分的应力会转移一部分到两侧坝壳,致使心墙的应力低于自重应力,心墙两侧坝壳的应力高于自重应力运行期时由于浮力和水压力的作用,心墙上游侧坝壳的大主云南水力发电OO年第期应力低于下游侧的大主应力同时由于心墙在水压力作用下向下游变形,上游侧坝壳和心墙上游侧的小主应力减小,下游坝壳和心墙下游侧的小主应力增加心墙区拱效应的大小主要决定于心墙材料的模量与其周围堆石料的模量比值,堆石料与心墙料模量比值越大则拱效应越明显,对心墙的安全越不a竣工期压强水头(m)利方案上游侧软岩料的使用,降低了两种坝料的模量差值,即降低了心墙区拱效应,对心墙的安全是有利的虽然存在着明显的拱效应,但由计算结果看,心墙区大,小主应力均未出现拉应力,表明心墙区出现水平向裂缝及水力劈裂的可能性非常小图压强水头计算结果图a水平位移(m)b竖直位移(m)c大主应力(MPa)d小主应力(MPa)e应力水平图方案竣工期计算结果图从坝体位移等值线图可以看出,坝体的变形符合一般规律竣工期上,下游变位基本对称,运行期由于水压力的作用坝体水平位移都是向下游的,其最大值发生在心墙或心墙上游侧坝壳上部,这是由于心墙材料软,心墙对上游坝壳的约束小所致的b运行期压强水头(m)a水平位移(m)b竖直位移(m)c大主应力(MPa)d小主应力(MPa)e厦力水平图方案正常运行期计算结果图由于心墙料软,竖直沉降最大值发生在心墙内,大约在心墙中部方案由于上游侧软岩料的使用,在位移上与前两个方案有相对明显的增加,运行期水平位移达m,占坝高的竖直沉降达m,占坝高的赵亚明糯扎渡水电站心墙堆石坝平面有限元应力应变计算分析各方案均有部分单元遭破坏,破坏单元集中于心墙上游侧与坝壳的接触处,主要是因为此处是两a水平位移(m)b竖直位移(m)C大主应力(MPa)d小主战力(MPa)e应力求平图方案竣工期计算结果图初步结论从上述计算分析结果来看,在糯扎渡水电站可行性研究的选坝阶段,采用沈珠江院士提出的双屈服面模型所得平面有限元应力位移的变化规律是合理的综上所述,可以得出如下初步结论:()运行期水平位移与蓄水过程关系较大,在水压力作用下坝体都向下游变形,最大水平位移发生在心墙内或心墙上游侧坝体上部,最大竖直沉降发生在心墙中部各方案竣工期坝体的最大水平位移在O一Om之问,沉降在m之间运行期坝体的最大水平位移在Om之间,沉降在m之间坝体的最大水平位移和沉降均不大,说明心墙料的模量参数是合理的,并且坝壳料的材料分区对心墙位移的变化影响不大()无论竣工期还是蓄水期,各方案计算的心墙种模量相差很大的材料的交接处,变形和应力都相对集中的缘故a水平位移(m)b竖直位移(m)‘c火主应力(MPa)d小主应力(MPa):一e压力水平图方案正常运行期计算结果图的有效小主应力均大于O,无拉应力产生,心墙不会产生水平向裂缝和水力劈裂现象()由于心墙料模量较低,坝壳料模量较高,心墙区存在非常明显的拱效应,心培与两侧坝壳接触处有部分单元破坏由方案的计算成果显示,软岩区的存在对改善拱效应减少心墙破坏单元有利因此,建议在满足坝坡稳定的前提下,尽量增加对软岩料的使用,这样既提高了心墙区的安全性,也可以最大限度的使用开挖料中的较差石料,从而节省工程投资参考文献:沈珠江土体应力应变分析的一种新模型A第届土力学及基础工程学会会议论文集c厦门:建筑工业出版社朱百里沈珠江计算士力学M上海:上海科学技术出版社

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