混凝土拱坝坝肩抗滑稳定三维非线性有限元分析.pdfVIP

第41卷 第2期 人 民 长 江 V01．41．No．2 20 10年 1月 Yangtze River Jan．， 2010 文章编号 ：1001—4179(2010)02—0009—04 混凝土拱坝坝肩抗滑稳定三维非线性有限元分析 袁 志 刚 ，马 连 军 ，种 秀 灵2 (1．江西省水利规划设计院 规划设计分院，江西 南 昌330029； 2．四川水利职业技术学 院 环境系，四川 都江堰 611830) 摘要 ：拱坝坝肩 的稳定是保障拱坝安全的关键 因素之一。 目前 ，拱坝坝肩稳定分析 多采用刚体极限平衡法 ，该 法不能考虑岩体 的弹塑性变形 ，也不能模拟岩体构造的复杂性 ，所 以就不能很好地反映坝肩岩体的破坏机理 以及坝体与基岩 的整体作用效果 。从材料的弹塑性理论 出发 ，应用三维非线性有 限元法对坝体和坝肩岩体抗 滑稳定进行分析。通过对具体工程模型 的计算分析 ，分别以荷载突变和材料强度逐渐降低两种方式对坝肩岩 体抗滑安全稳定给予评价。工程分析成果表 明：非线性有限元法是进行拱坝及坝肩稳定分析的一种有效方 法 ．能充分反 映大坝与坝基岩 体的共同作用效应。 关 键 词 ：三维非线性有 限元 ；拱坝坝肩岩体 ；应力和位移；抗滑稳定安全系数 ；本构关系 中图法分类号 ：TV642．4 文献标志码 ：A 随着我国水利水 电建设的蓬勃发展 ，拱坝逐渐成 裂面滑移失稳 ，以坝肩整体滑移时，相应的超载倍数作 为筑坝的首选坝型之一。由于拱坝的受力机制 ，坝肩 为坝肩整体超载抗滑稳定安全系数。超载安全系数的 岩体 的稳定必然是评价拱坝整体安全性 的重要 因 实际意义可以看作是突发洪水情况对拱坝结构的安全 素… ，这也是水利水 电工程科学的重点研究课题 。 影响。 目前 ，关于拱坝坝肩稳定性的评价方法，工程 中通 强度储备安全系数法考虑了坝肩岩体具有一定的 常采用刚体极 限平衡法 ，该方法计算原理简单 ，但 强度储备能力 ，在荷载组合值不变的条件下按 比例降 要有长期的实践经验 ，要有一套相应的稳定判别标准。 低坝肩岩体及滑裂面的抗剪强度 ，直到滑裂面滑动，结 因它没有考虑变形协调条件和材料 的本构关系，所 以 构失稳 ，以坝肩整体滑动时，相应的强度储备系数作为 也就不能真实反映坝基岩体渐进失稳的过程和破坏的 坝肩岩体强度储备抗滑稳定安全系数。强度储备安全 力学机理。而非线性有限元法能够克服刚体极限平衡 系数的实际意义可以理解为坝肩岩体和软弱结构面由 法的缺陷，模拟坝体混凝土和岩体的非线性本构关系 ， 于受到库水的浸泡或渗漏 的影响 ，其力学参数逐步 降 并进行材料分区，将坝体和基岩作为整体模型进行计 低 的程度 ，同时岩体强度的取值是在勘测阶段提出的， 算分析 ，从而能真实地反映拱坝坝肩岩体的失稳机理 存在一定范围的偏差影响。 和破坏过程，为评价拱坝坝肩的稳定性提供了保障。 抗滑稳定安全系数一般是以滑裂面上 的阻滑力与 滑动力的比值来定义的。设抗滑稳定安全系数为 ， 1 计算方法 则有如下定义 ： 非线性有限元法充分考虑了岩体不同材料的力学 N e Ne = FR／ F (1) 特性和岩体构造的复杂性 ，能 以超载和材料 的强度储 一 。 』一 。 。