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通過(guò)有限元分析計(jì)算，在保證壩體施工期、運(yùn)行期的沉降量以及面板的應(yīng)力在合理范圍內(nèi)的前提下，上游邊界線盡量往壩體上游側(cè)靠近，以期能夠最大限度地利用軟巖材料，從而使工程設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化。
堆石體作為混凝土面板堆石壩的主體，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的合理模擬對(duì)提高混凝土面板堆石壩應(yīng)力變形計(jì)算結(jié)果的合理性非常重要。常用的堆石體本構(gòu)模型大體上可以分為非線性彈性模型和彈塑性模型兩大類。非線性彈性模型以鄧肯E-B模型及K-G模型最為典型及常用；彈塑性模型中主要有“南水”雙屈服面模型和殷宗澤雙屈服面模型。這些模型從不同的方面表征了堆石料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系性質(zhì)。非線性模型中，鄧肯E-B模型在概念上和數(shù)學(xué)表達(dá)上都很簡(jiǎn)單，模型參數(shù)易于確定，許多參數(shù)已有大量的數(shù)據(jù)，便于有限元分析計(jì)算，并已有豐富的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。本研究采用鄧肯E-B模型。目前，材料非線性問(wèn)題的基本解法有迭代法和增量法兩種，其中按材料切線模量迭代計(jì)算過(guò)程的不同，增量法又分為基本增量法和中點(diǎn)增量法兩種。相比較而言，由于中點(diǎn)增量法具有分級(jí)迭代易于收斂、計(jì)算精度較高等優(yōu)點(diǎn)，因此在工程實(shí)際中應(yīng)用更為普遍。
某混凝土面板堆石壩是一座以灌溉和供水為主，兼有發(fā)電、防洪、環(huán)境保護(hù)、旅游等綜合效益的大型水利樞紐工程。該工程總庫(kù)容11.12億畝，電站裝機(jī)容量76萬(wàn)kW。混凝土面板堆石壩趾板建基高程728 m，壩頂高程884 m，最大壩高156 m，壩頂長(zhǎng)663.77m，寬12 m。上游壩坡1:1.4，下游壩坡在高程840 m馬道以上為1:1.5，其下為1:1.4。
根據(jù)規(guī)范，本研究將次堆石區(qū)的材料分別采用硬巖和軟巖進(jìn)行三維有限元計(jì)算。
方案一：次堆石區(qū)采用硬巖料(砂卵石)。
方案二：次堆石區(qū)采用軟巖料(砂泥巖)。
計(jì)算范圍：沿壩軸線選取最大剖面所在的壩段建立計(jì)算模型，運(yùn)用大型有限元軟件ADINA，進(jìn)行壩體應(yīng)力變形的有限元計(jì)算。計(jì)算范圍：壩基取到基巖面，上、下游方向分別取至上、下游壩坡坡腳，左右岸取至壩體壩肩。邊界條件：底部、左右岸取為固定約束。混凝土面板及趾板采用線彈性模型，墊層、過(guò)渡層及主堆石及次堆石體材料采用非線性鄧肯E-B模型。選用8節(jié)點(diǎn)等參單元進(jìn)行剖分。
(1)水庫(kù)特征水位。正常蓄水位877.00 m，設(shè)計(jì)洪水位871.10 m，校核洪水位883.10 m。
(2)混凝土面板按照線彈性材料計(jì)算，計(jì)算中取材料密度p=2450 kg/m3，泊松比σ= 0.167，彈性模量E =2.0xe11Pa。
(3)鄧肯E-B模型參數(shù)。壩體各區(qū)材料的鄧肯E-B模型參數(shù)采用該電站工程相應(yīng)的材料試驗(yàn)結(jié)果。
計(jì)算工況分：大壩竣工期和蓄水期兩種。施工期的壩基開(kāi)挖及壩體填筑共分13級(jí)荷載實(shí)施計(jì)算，水庫(kù)蓄水至正常高水位的蓄水過(guò)程分3級(jí)荷載步。
混凝土面板堆石壩的蓄水工程是隨著壩前水位的抬高，水荷載將逐步施加在面板上。假設(shè)分三級(jí)施加庫(kù)水壓力，每一級(jí)壩高一次為h1，h2，h3，用y表示庫(kù)水重度，較低壩面上的庫(kù)水壓力應(yīng)該也隨著增加。即在任一壩面高為的上游壩面，庫(kù)水壓力p。
按照上述有限元計(jì)算模型，按逐級(jí)加載的方法，進(jìn)行大壩非線性有限元仿真計(jì)算，得到大壩竣工期和蓄水期的應(yīng)力變形計(jì)算結(jié)果。
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