基于ADINA软件的堆石坝仿真计算方法

【目的】在有限元软件ADINA自身开发的应用基础上,寻求适用于面板堆石坝的仿真方法。【方法和过程】采用Duncan E-B本构模型,并将其编程嵌入到ADINA软件,对某工程实例进行数值计算验证,同时实现了三维坝体的施工和蓄水仿真模拟。【结果】堆石坝坝体的垂直位移最大值发生在坝体的中部,约为坝高的1/2~1/3处,为0.510m,占坝高的0.55%,在堆石坝沉降变形范围内。水平方向的最大位移在坝高的中下部1/3处,并且在下游坝坡方向。大主应力和小主应力自上而下逐渐增加,最大的应力值坝体中心线的坝基处。【结论】通过计算结果得出,在有限元软件ADINA上开发的计算程序所得出的位移和应力计算数据与工程监测的结果近似,且符合模拟施工逐级加荷的模拟工序。故该方法是可以对实际工程堆石坝的应力变形进行分析。     

镶嵌面板堆石坝应力变形特性研究

堆石体变形控制与面板防裂是300m级超高面板堆石坝建设的关键难题。本文基于在常规面板堆石坝,采用设置坝踵混凝土结构及高模量区,提出了镶嵌面板堆石坝这种新坝型,利用优化坝体分区、提高部分堆石体模量及减小面板斜长来改善坝体及面板的应力变形特点。通过对拟定的三种方案的有限元仿真计算,计算结果表明:设置高模量分区的镶嵌面板坝比常规面板坝蓄水期坝体铅直位移减小15.94%,向下游水平位移减小15.34%,堆石体大、小主应力基本不变;混凝土面板挠度减小37.09%,顺坡向拉应力减小90.08%。镶嵌混凝土面板堆石坝对坝体变形、面板应力大小及分布规律均有所改善,对300m级面板堆石坝建设具有重要科学意义和实际应用价值。     

覆盖层面板堆石坝三维有限元数值模拟

采用非线性有限元分析方法建立了坝体和坝基的三维有限元模型,对深厚覆盖层上面板堆石坝的应力变形的进行仿真模拟。结合具体工程实例,采用Duncan E-B本构模型建立三维有限元分析模型,得到了深覆盖层上面板堆石坝的应力变形规律。研究表明建在深厚覆盖层上的面板堆石坝,坝体的应力分布规律符合一般规律,其值均在应力合理范围之内;由覆盖层基础引起的坝体垂直沉降比较明显,最大沉降大约位于坝体中部。与修建在基岩上的常规面板堆石坝相比,深覆盖层地基上的面板堆石坝的坝体和坝基的垂直沉降、水平位移和大小主应力均有所增大。具有可压缩性的深覆盖层地基在上部坝体的自重作用下将导致坝体的建基面产生一个下凹的变形。     

老虎口水库面板坝应力应变分析

青海省海西州老虎口水库坝型为混凝土面板堆石坝,坝高40.2m,河床趾板部位坐落在深厚覆盖层上,砂砾石最大厚度达67.0m。因此有必要对大坝进行应力应变分析,了解深厚覆盖层上面板坝的应力变形规律,为大坝分区设计和优化提供依据。     

冰层对混凝土面板堆石坝的影响

为研究水库结冰对混凝土面板堆石坝的影响,本文选取正常蓄水位、死水位和中间水位三种蓄水位进行模拟分析,表明随水位下降,冰层位移对坝踵处面板的影响呈现逐渐增大的趋势,但面板混凝土的抗拉强度全周期都大于面板应力;冰层作用位置处若冰层位移大于0.070m,则面板的最大主应力大于面板混凝土的极限抗拉强度。     

基于子结构有限元法的面板堆石坝挤压破坏机理分析

面板结构性破损问题已成为了影响高面板堆石坝安全建设及运行的核心问题。基于天生桥一级面板堆石坝发生的面板挤压破坏,建立了面板-垂直缝-堆石体子结构模型,通过施加法向水压力及轴向水平位移,分析面板混凝土及垂直缝部位的挤压应力和应变,揭示面板发生挤压破损的机理。结果表明:面板在坝轴线方向为分块结构,水压力作用引起的面板向下游方向的挠曲变形将导致垂直缝处呈现上游表面压紧、下游底部张开趋势,垂直缝面上压力表现为表面大、底部小的分布形态,形成面板垂直缝面上部应力集中,随着坝轴向位移的增加,向河床中部面板的挤压集中应力逐渐加剧,最终导致垂直缝处两侧混凝土的挤压破坏。     

玛纳斯河肯斯瓦特面板堆石坝坝料设计研究

文中对玛纳斯河肯斯瓦特面板堆石坝的坝体分区及坝料设计进行了研究,通过当地的天然建筑材料的情况及施工进度进行了坝体分区方案选择及坝料设计,在充分利用天然建筑材料的条件下,优化了坝体结构,同时满足坝体变形控制的要求,节约了工程投资,加快了施工进度,保证了工程质量。     

水利工程中面板堆石坝坝体填筑施工技术研究

面板堆石坝坝体填筑技术关系到大坝安全运行。优化料石级配,实现强强搭配的坝体结构,可提高整体抗剪强度。合理的分层铺料和断档过渡,将形成层次分明、塑形性好的填筑体系。碾压参数的精确控制决定着坝体密实度、强度和后期变形。填筑工艺的科学性直接影响施工质量。此外,选用合适的开采运输设备,将直接影响工期进度和成本;质量检测手段的精准可靠,也是判断堆石坝质量的重要依据。在持续改进填筑材料、工艺和检测技术的基础上,面板堆石坝必将得到更广泛应用。     

土石坝非线性有限元应力变形分析

土体应力-应变关系复杂,具有非线性、非弹性、剪胀性等特性。本文基于大型有限元分析软件的用户开发平台,进行邓肯-张非线性弹性模型的二次开发,完成对土石坝实际工程填筑与蓄水过程的数值分析。计算表明,坝体及心墙的应力和变形值均处在合理范围内,与国内外许多实测资料及计算结果较为接近,可为工程设计提供参考。     

三维反手性拉胀结构在静态压缩过程中的力学性能研究

针对三维反手性拉胀结构在静态压缩载荷作用下变形过程中所反映出的力学性能进行研究,使用3D打印机和FDM熔融沉积制造打印技术制作聚碳酸酯材料的结构模型。使用万能试验机对模型进行静态压缩并全时摄影,得到结构静态压缩的力位移曲线和变形过程。通过Abaqus仿真再现了模型的压缩变形过程,得到结构的应力应变场、位移变形场和变形模式。结果表明,该结构在压缩过程中泊松比数值范围为-0.45～-0.5,压缩强度为6.33 MPa,结构失效是由于中间板连接杆发生断裂破坏产生的,应力最大值出现在斜杆与面板的连接处。     

堆石坝混凝土面板防裂措施浅析

堆石坝混凝土面板的质量直接影响到坝体工程的质量,在面板质量控制方面要重点控制面板裂缝的产生,尤其是较大规模裂缝的产生。本文对部分工程中应用的防裂措施进行分析总结,为类似工程提供借鉴。     

混凝土面板堆石坝坝体填筑施工工艺探讨

总结面板堆石坝坝体填筑施工管理经验,详细阐述该坝型的坝体填筑施工工艺,坝体分区填筑、碾压施工方法,并从坝体填筑质量管理角度,指出了坝体填筑中应主要的几个问题及预防处理方法。     

不规则波作用下桩基-重力式复合结构码头面板的动力特性研究

利用大型有限元计算软件ANSYS的参数化语言APDL进行二次开发,对波浪上托压强作用下桩基-重力式复合结构码头面板的动力特性进行研究,结果表明:1)波浪缓变压强作用下码头面板内力的动静力计算结果基本相等,缓变压强的动力放大作用很不明显;2)波浪冲击压强作用下码头面板内力的动力计算结果随着冲击压强频率的增大而迅速减小,当冲击压强频率大于80 Hz后,动力计算结果约为静力计算结果的0.2倍。     

高压旋喷桩联合排水预压法地基处理的数值模拟研究

高压旋喷桩联合排水预压法处理地基被应用于广州市南沙新区灵山岛尖南段海岸及滨海景观带建设工程。基于该工程,使用Plaxis 3D有限元软件进行数值模拟,研究了高压旋喷桩对桥梁桩基位移的影响,软土地基厚度对桥桩稳定性以及地基水平位移的影响。研究发现：打设高压旋喷桩后,约2/3长度的桥桩发生了负向水平位移,桩底1/3长度则发生正向水平位移,水平位移值介于-17.55mm至5.88mm之间。若高压旋喷桩下部存在深厚软基,打设旋喷桩后桥桩的偏移量将大幅度增加,最大值达到3.12m。原始工况和深厚软基工况下的地基最大水平位移分别为237.8mm和350mm,15年后两者差距不大。     

堤防结构“自适应”混凝土衬砌数值模拟

针对堤防混凝土衬砌在外部荷载(水压力、浪压力以及其他荷载)发生破坏且其破坏位置主要发生在衬砌底部1/3处的问题,进行了对比分析研究,提出一种"自适应"的混凝土衬砌方式。采用有限元软件ADINA模拟在衬砌受力最大部位设置填充缝及填充柔性材料等方式削减应力,从而达到衬砌自身适应外部荷载变形的作用。结果表明:"自适应"衬砌方式不仅可以有效减小堤防的应力、应变,而且是一种实用简单可行的方法。     

沥青混凝土心墙堆石坝有限元分析

本文采用非线性本构模型分析沥青混凝土心墙堆石坝的应力和变形规律.以某沥青混凝土心墙堆石坝为工程实例,在仔细分析了堆石料和沥青混凝土材料性质的基础上,以邓肯双曲线模型作为堆石料和沥青混凝土材料的本构模型,运用有限单元法,分析得到大坝坝体和心墙的应力变形分布规律.本文有关研究成果,对于认识沥青混凝土心墙堆石坝坝体工作性态及大坝安全性能是有一定的帮助.     

优化水利水电工程面板堆石坝设计的研究分析

文章介绍了水利水电工程面板堆石坝设计的优化方法,并以积石峡水电站为例,探究了复形法和改进遗传算法在水利水电工程面板堆石坝优化设计中的应用,经过实践表明,复形法和改进遗传算法都能够实现对面板堆石坝的优化设计,并且后者的收敛速度以及计算效率明显优于前者。     

飞来峡土石坝基于E-B模型的有限元数值模拟

基于E-B非线弹性材料模型,利用APDL语言对ANSYS的材料本构模型的进行二次开发,并将其应用于飞来峡水利枢纽社岗堤段的应力与变形分析,得到该坝段在竣工期和蓄水期的坝体的水平位移、竖直沉降以及大、小主应力的分布规律,结果反映了土石坝的应力及变形的一般规律,验证了邓肯-张EB模型的适用性,同时对相似土石坝工程的应力变形分析也具有一定的借鉴作用。     

两鼓一板橡胶护舷防冲板的有限元分析

应用ADINA有限元分析软件,对鼓型橡胶护舷防冲板的应力分布及变形趋势进行分析研究。通过模拟靠泊时经常出现的3种工况,得到了防冲板的受力结果有效应力图和变形图。并与传统计算方法相比较,为码头橡胶护舷防冲板的结构设计及优化提供了较可靠的参考依据。     

地震作用下的液化砂土地基PHC管桩动态响应

为研究液化砂土地基上的PHC管桩在地震作用下的动态响应,利用FLAC3D有限差分软件建立土体、实体PHC管桩和桩顶等效质体组成的数值模型,同时考虑水体、土体和PHC管桩之间的耦合作用。通过在模型底部施加地震荷载进行完全非线性动力分析,研究土体的液化情况、场地的变形以及PHC管桩的响应。结果表明,地震作用引起了饱和砂土有效应力减小,全高度的砂土均发生了液化;液化的发生与否以及发生时间不仅与土体的埋深有关,也与地震荷载的序列和地震荷载的峰值加速度相关;埋入土中的桩身正应力呈先增大再减小的趋势,最大值出现在护坡和砂土交界处;埋深较浅处桩的侧向位移大于埋深较深处;由于PHC管桩在强震作用下的位移和内力值均较大,应在码头建造之前对极易液化的场地进行改善。