深覆盖层上高面板坝应力变形性状研究

论文摘要

随着水利水电工程建设的发展，越来越多的面板堆石坝将不可避免地修建在深厚覆盖层地基上。因此，系统地研究覆盖层上面板堆石坝的应力变形性状及其计算方法具有重要的理论意义和实用价值。本论文主要做了以下几个方面的工作： (1) 面板堆石坝有限元计算的网格剖分工作不仅十分繁琐、而且耗时，网格质量好坏直接关系到有限元计算结果的准确性。本文选择了专业前处理软件TrueGrid进行了二次开发，对吉林台面坝三维有限元网格进行了加密，可以解决混凝土面板单元应力变形计算结果精度低的问题。 (2) 在计算结果可视化方面，编写了与软件Tecplot接口程序，实现了计算结果三维彩色出图。三维云图具有简洁、形象、直观等特点，由于Tecplot采用了OpenGL渲染技术，三维云图3D显示效果优异。 (3) 选取察汗乌苏面板坝这座覆盖层上高面板堆石坝为分析实例，编制了相应的三维有限元程序，采用三维Goodman单元来模拟防渗墙与砂砾石覆盖层间的接触面，深入分析了深覆盖层上高混凝土面板堆石坝的应力变形性状，提出了在蓄水前再浇筑连接板，并对连接板下卧的覆盖层先采用振动碾压实等工程措施以减小防渗墙与覆盖层之间接缝错动。 (4) 以往防渗墙在平面上通常呈直线布置，防渗墙在靠近左右两岸的部位及顶部存在较大的拉应力，易导致混凝土开裂并产生渗漏，影响大坝的安全。为此，提出了以圆弧型防渗墙替代常规的直线型防渗墙来减小防渗墙拉应力的新设想，并进行了数值计算验证。 (5) 面板堆石坝面板上两侧部位的拉应力较大，个别部位拉应力甚至超过规范的设计抗拉强度。为此，提出了以折线型面板替代直线型面板来减小面板上拉应力的新设想，并进行了数值计算验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与选题依据
• 1.2 面板堆石坝研究概况
• 1.2.1 面板堆石坝数值计算研究概况
• 1.2.2 深覆盖层地基上面板坝研究概况
• 1.2.3 深覆盖层防渗墙技术研究概况
• 1.2.4 防渗墙工程实践及启发
• 1.3 论文主要工作内容
• 1.4 论文主要创新点
• 参考文献
• 第二章 面板堆石坝三维有限元分析程序原理
• 2.1 数值计算模型
• 2.1.1 主要的本构模型
• 2.1.2 本构模型的选用
• 2.2 三维块体单元
• 2.2.1 三维块体单元及退化单元
• 2.2.2 单元的位移插值模式
• 2.2.3 几何方程
• 2.2.4 本构方程
• 2.2.5 单元刚度矩阵
• 2.2.6 节点荷载
• 2.3 GOODMAN无厚度三维接触面单元
• 2.4 连接缝单元
• 参考文献
• 第三章 面板堆石坝有限元计算的前后处理
• 3.1 面板堆石坝有限元计算的前处理
• 3.1.1 面板坝计算前处理中网格质量的重要性
• 3.1.2 前处理软件TrueGrid
• 3.1.3 面板网格加密的前处理
• 3.1.4 选择TrueGrid加密面板网格的优点
• 3.1.5 面板加密后需解决的问题
• 3.2 面板堆石坝有限元计算的后处理
• 3.2.1 后处理软件Tecplot
• 3.2.2 Tecplot做为面板坝后处理的优点
• 3.2.3 与软件Tecplot的接口程序
• 参考文献
• 第四章 深覆盖层上高面板坝应力变形性状分析
• 4.1 依托工程
• 4.1.1 概况
• 4.1.2 计算条件
• 4.2 深覆盖层上高面板的有限元计算
• 4.2.1 计算要点
• 4.2.2 计算参数
• 4.3.1 坝体变形和应力
• 4.3.2 防渗墙的变形和应力
• 4.3.3 面板的变形和应力
• 4.3.4 周边缝变形
• 4.3.5 面板垂直缝变形
• 4.3.6 趾板、连接板的变形和应力
• 4.3.7 防渗墙与连接板、连接板之间、连接板与趾板接缝变形
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 采用GOODMAN单元的防渗墙三维有限元分析
• 5.1 三维有限元计算
• 5.1.1 计算要点
• 5.1.2 计算参数
• 5.2 计算结果分析
• 5.2.1 坝体变形和应力
• 5.2.2 防渗墙的变形和应力
• 5.2.3 面板、趾板、连接板的变形和应力，周边缝及垂直缝变形规律
• 5.3 结论和建议
• 参考文献
• 第六章 减小防渗墙拉应力的圆弧型防渗墙新设想
• 6.1 新方案的提出—圆弧型防渗墙
• 6.1.1 直线型防渗墙存在的问题
• 6.1.2 圆弧型防渗墙的优点
• 6.1.3 圆弧型防渗墙的可行性
• 6.2 两种防渗墙方案的数值分析
• 6.2.1 计算方案的选取
• 6.2.2 计算模型与计算方法
• 6.2.3 计算参数
• 6.3 两种防渗墙方案的比较
• 6.3.1 竣工期防渗墙应力变形性状
• 6.3.2 运行期防渗墙应力变形性状
• 6.4 结论
• 参考文献
• 第七章 减小面板拉应力的折线型面板新设想
• 7.1 折线型面板新设想的提出
• 7.1.1 尚待解决的问题
• 7.1.2 折线型面板施工上的可行性
• 7.1.3 折线型面板的优点
• 7.2 直线型面板和折线型面板方案的数值分析
• 7.2.1 吉林台面板坝概况
• 7.2.2 计算方案选取
• 7.2.3 计算模型与计算方法
• 7.2.4 计算参数
• 7.3 两种面板方案的比较
• 7.3.1 面板的变形和应力
• 7.3.2 面板垂直缝变形
• 7.3.3 面板周边缝的变形
• 7.3.4 坝体的变形和应力
• 7.4 结论
• 参考文献
• 第八章 总结和展望
• 8.1 论文工作总结
• 8.2 论文主要创新点
• 8.3 深覆盖层上高面板坝研究的社会经济效益
• 8.4 需进一步完善的问题和新设想
• 8.4.1 需进一步完善的问题
• 8.4.2 采用新的数值计算方法模拟接缝的设想
• 参考文献
• 附录1 --01NODE.F
• 附录2 --02DANYUAN.F
• 致谢
• 攻读博士期间发表或录用的论文