某沥青混凝土心墙坝应力应变分析.pdf
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1、某沥青混凝土心墙坝应力应变分析崔 刚 1 5 【 规 划 与 设 计 】 某沥青混凝土心墙坝应 力应 变分析 崔 刚 (内蒙古 自治区水利规划设计研究院, 内蒙古 呼和浩特 0 1 0 0 2 0 ) 摘要 文章通过建立坝体的二维模型 , 采 用分级加载方式模拟坝体填筑过程, 使模型单元和材 料性质随时间改变, 较好的计算 了坝体的应力和 变形。 ( 关键词 沥青心墙坝; 有限元; 非线性 ; 变形和应力 中图分类号 : r V 3 1 2 文章标识码 : B 文章编 号 i 1 0 0 9 0 0 8 8 ( 2 0 1 4 ) 0 5 0 0 1 5 0 2 1 工程概 况 某沥青混凝土心
2、墙堆石坝坝顶高程 1 2 0 1 9 m, 最 大坝高 5 8 5 m, 坝顶长 1 9 3 m, 坝顶宽度 1 0 0 m。上 游坝坡 1 :1 8 , 下游综合坝坡为 1 :2 0 。上游 坝坡 1 1 7 5 0 m高程以上和下游 坝坡采用 干砌石 护坡 , 厚 度 0 6 m, 下设 0 4 m厚碎石垫层 。 坝体由坝壳堆石 、 过渡层和沥青心墙组成。沥青 混凝土心墙位于坝体 中部 , 为竖直式 , 心墙轴线布置在 坝轴线上游侧 , 心墙厚度采用渐变式 , 其顶宽 0 4 m, 底宽 1 0 m。沥青 心墙顶部 与坝顶防浪墙 紧密结合 , 底部坐落在混凝土基座上。基座宽度 1 0 0
3、i n , 河床段 基座厚 2 0 m, 两岸岩石段基座厚 1 5 m。心墙两侧设 置宽 3 0 m的过 渡层 。坝壳外层为堆石填筑 , 中部采 用开挖利用料与心墙过渡层衔接 。 2 坝体材料本构关 系 心墙坝应力应变的合理性取决于堆石材料本构关 系 , 目前计算心墙坝大多采用邓肯 1 9 8 0年提 出的, 修 改的非线性双 曲线 EB模型。该模 型使用简便 , 参 数确定简单 , 并且在参数确定方面积累了许 多成熟 的 经验。 EB模型在 曲线上任意一点的切线模量 : E =K P a ( ) “ ( 1 一R S) pa 式中 R 一土体的破坏 比; s 一 土体单元 的应力水平 ; 盯
4、 一 围压 ; P a 一大气压强 ; K, n 一杨 氏模量系数和模量指数 。 上述公式只适用于荷载逐级增加 的情况 , 当考虑 卸荷与重复加载时 , 土体 的应力应变关系用线 弹性模 型近似模拟 , 卸荷再加荷弹性模量 E K u r p a ( )“ 式 中K 一卸荷模量指数 B=K b p a ( ) 式 中B 一体积变形模量 ; K 和 m 一体积模量系数和模量指数。 为 了在 围压和应力水平很低的情况下。得到的水 平应力 比较合理 , 模型中限制最小体积变形模量 B m i = E ( ) 相 当于限制最小泊松比 = 式中K 。 一侧压力系数 ; 一 内摩擦角。 3 计算模型和荷载
5、分级 3 1 有限元计算模型 模 型考虑适当范 围的岩石地基 , 混凝 土沥青心墙 与过渡料之间未考虑滑移和脱空的发生。计算时模型 的座标系统为: 水平 向右为 x轴正方 向, Y轴的正方 向为铅垂 向上 。 3 2 计算参数 岩土材料 的计算参数采用试验 和经验数据 , 见表 1。 l 6 内 蒙 古 水 利 2 0 1 4年第 5期( 总第 1 5 3期 ) 表 1 沥青混凝土心墙土石坝模型参数 材料 ( k 1 粘聚 力 c 内摩擦 角 坏 比 初始切线模 量参数 切 线体积模量 参数 ( K P a ( 。 ) f K K h 名称 内 角 泊松 比 ( k 褪 N m, 3 3 荷载
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