低弹模混凝土在大坝防渗墙中的应用

论文摘要

为了提高水灾害的防御能力,充分发挥水资源的综合作用,建国以来,浙江省已建成了大小水库4000多座。然而由于建设年代比较早,大部分由群众投劳兴建,建设标准低,随着运行时间的增长,大坝隐患逐渐暴露。浙江省水库大坝90%以上属于土石坝,大坝防渗处理是除险加固中的一项重要工作,为有效的进行大坝的防渗加固。近年来,浙江省提出了弹性模量介于常规刚性混凝土和塑性混凝土之间的低弹模混凝土,并应用于浙江省内的青山水库等的防渗处理中,取得了良好的效果。为更好的指导工程实践,有必要从理论的高度对低弹模混凝土在防渗墙中应用做一些分析和研究。本文以浙江省青山水库的主坝防渗墙为工程实例,运用ADINA有限元软件对其进行了模拟和分析。文中运用ADINA有限元软件对浙江省青山水库主坝及其防渗墙进行了数值建模,首先分析了在正常运营水位和校核洪水位两种不同的工况下,土石坝坝体低弹模混凝土防渗墙的应力变形特性分析,在分析中低弹模混凝土采用线弹性模型,坝体坝基采用邓肯-张E-B非线性弹性模型,模拟和计算了土石坝坝体低弹模混凝土防渗墙在正常水位和校核洪水位两种工况下的应力和变形,并与实测的水平位移值进行了对比,分析了低弹模防渗墙在实际工程运营中的受力状态特性。然后基于上述ADINA数值模型,研究了影响土石坝坝体低弹模混凝土防渗墙应力和变形的相关因素,分别分析了坝体本构模型、防渗墙墙身弹性模量、坝体高度对低弹模防渗墙应力和变形的影响,并研究了低弹模防渗墙应力变形对防渗墙墙体和坝体填土弹性模量变化的敏感性。得出低弹模防渗墙的弹模取值存在一个“临界值”,为有效的兼顾变形协调和自身强度,防渗墙的弹模宜在此临界值附近取值；防渗墙的应力对墙体自身弹模的敏感性要大大高于对周围坝体填土的敏感性,尤其体现在第三主应力的敏感性上,而变形对墙体和坝体弹模的敏感性均较小；当坝体高度变化时,墙体应力曲线形状不变化,应力大小呈比例增大；二维模型分析仅适用于坝体中段的研究,岸坡坝头段应力变形分析宜选用三维模型进行模拟等结论。最后,针对模型建立过程中广泛用到的Goodman接触面单元进行了进一步的探讨和修正,提出了增设单元厚度的方法。单元厚度为s,当受压法向位移小于s时采用弹簧连接；大于s时采用刚性连杆连接,并采取先计算节点力而后处理节点位移的方式计算节点力和位移。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 防渗墙简述
• 1.3 研究现状及存在的问题
• 1.3.1 混凝土的本构关系
• 1.3.2 接触面模型
• 1.3.3 有限元理论及ADINA简介
• 1.3.4 数值模拟研究
• 1.3.5 目前研究存在的问题
• 1.4 本文主要完成工作
• 第二章 低弹模混凝土防渗墙应力变形特性分析
• 2.1 引言
• 2.2 采用低弹模混凝土防渗墙的加固的土石坝简介
• 2.3 GOODMAN单元修正
• 2.4 邓肯-张E-B模型
• 2.5 ADINA中材料本构的二次开发
• 2.6 计算模型
• 2.6.1 模型概况
• 2.6.2 模型参数
• 2.6.3 计算工况
• 2.7 结果分析
• 2.7.1 正常水位下水平向位移数值计算值与实测值对比
• 2.7.2 低弹模混凝土防渗墙和刚性混凝土防渗墙墙体应力对比
• 2.7.3 低弹模混凝土防渗墙和刚性混凝土防渗墙墙体位移对比
• 2.8 结论
• 第三章 坝体低弹模防渗墙应力变形影响因素分析
• 3.1 引言
• 3.2 采用低弹模混凝土防渗墙的加固的土石坝简介
• 3.3 计算模型及网格
• 3.4 坝体坝基本构模型对防渗墙应力变形的影响
• 3.5 防渗墙弹模对墙体应力变形的影响
• 3.6 坝体高度对防渗墙应力的影响
• 3.7 防渗墙应力变形的敏感性分析
• 3.7.1 墙体应力变形对墙体弹模的敏感性
• 3.7.2 墙体应力变形对坝体弹模的敏感性
• 3.8 二维、三维模型对比分析
• 3.9 结论与建议
• 第四章 GOODMAN接触面单元修正
• 4.1 引言
• 4.2 GOODMAN单元及其修正
• 4.2.1 Goodman单元
• 4.2.2 Goodman单元修正
• 4.3 本章修正办法
• 4.4 法向位移和法向应力变化形式
• 4.5 算例验证
• 4.6 结论
• 第五章 结论和建议
• 5.1 本文结论
• 5.1.1 坝体低弹模混凝土防渗墙应力变形特性分析
• 5.1.2 坝体低弹模混凝土防渗墙应力变形影响因素分析
• 5.1.3 Goodman单元的进一步的修正
• 5.2 进一步工作建议
• 参考文献