有限元法在分析拱坝坝肩稳定中的应用.docx

有限元法在剖析拱坝坝肩稳定中的应用 有限元法在剖析拱坝坝肩稳定中的应用 THEAPPLICATIONOFFINITEELEMENTMETHODINANALYSlsING ARCHDAM SPANDRELSSTABILIZATIONDEGREEOFSAFETY .题吐 GuChongshi (河海大学.南京) , qJ, ‘HohaiUniversity,Nanjing)m n【纲要】在评述估计拱坝埂肩稳定安奎度方法基础上,联合某重力拱 坝的左坝肩的稳 定问题,重点对有限元法作了详尽剖析,并与刚体极限平衡的等法和地 质力学模型试 验的成就作了对照,-结果表示,用有限元法估计坝肩的稳定安奎度比 其余方法更能反应 实际情况. 【重点词】有限元法稳定安奎度刚体极限平衡等法 序言 当前,国内外评论拱坝坝肩稳定安全度的 方法,以刚体极限平衡法为主,这和地质勘探技术,岩石力学的发展水平相关.最近几年发展起来的可靠度理论剖析大坝安全度方法,给坝工技术带来了更光明的前景,但在应用方面尚缺少经验.还需逐步完善有限元理论的不 断发展,为评论坝的安全度开辟了新的途径.此法力学观点明确,模拟坝体及地基力学参数较靠近实际.近年来不断用于大型工程及重要水工建筑物的设计之中.取得了较好的效果象一 些地质条件复杂,资料不全的工程以及蓄水初期的大坝,用有限元剖析安全度,是一种比较吻合实际的有效方法.因此.随着有限元理论的不断深入,计算机技术的发展,用有限元剖析工程安全度.将会获得更宽泛的应用.下面简要评述拱坝稳定安全度的剖析方法. 评述拱坝稳定安全度的剖析方法 拱坝坝肩是一个复杂的天然岩体,限于 *到稿时问:lg95一l2一O3 当前的技,以正确地得岩体的物 理力学参数(,,c).因此,拱肩定估方 法有待不断充完善.下面介几种当前工 上常用的估安全度的方法:安全系数法,可 靠度理和物理模型法. 2.1安全系数法 安全系数法是当前国内外工程中最常 用的方法,按算原理可分:体平衡理 和有限元法等. (1)体极限平衡理 尽人皆知,理假定滑移体体,作 用在滑移面上的力系只法向力和剪力.而不 考弯矩作用.因此,算,且比成熟. 已被宽泛用于估拱定安全度.但是此 法比大略,忽略因素多.但就当前勘和 所得的原始数据的精度来看,是相当的. 理的算方法众多,但起来,主假如 算下式的安全系数; ∑Ⅳ+∑c.A.? —■_¨ 式中的.v,,C.,T.,A.分是滑面上的 法向力,摩擦系数,凝集力,剪力和滑面面. 顾冲时有限元法在剖析拱埂坝肩稳定中的应用37 若计算简图为图1,那末,可经过力系平衡 方程: X=0] :0} ∑Z一0J (2) 求得M,,代入(1)式,求出滑动面上(图1 ,～ 中的ACB面)的安全系数K. 图1计算筒图 (2)有限元法 有限元法原则上能够模拟岩体的地质结构 和物理力学特性,采用线性和非线性有限元分 析,能够获得滑移面上的应力,然后用(3)式计算整体或各块稳定安全系数进而初步掌握滑移面上的各块的稳定安全度,至于其应用将在下面实例中详尽议论 ,?I.ds+IC?ds — d∞Jr. 式中当c一0时.为纯摩擦公式; 当c≠0时,为抗剪断公式; ,r,f,C分别为某滑动单元滑动面上 的正应力和剪应力,摩擦系数,凝集力; 为滑动面面积. 2.2可靠度理论剖析坝肩稳定 结构可靠度理论剖析复杂地基上拱坝坝肩稳定,当前国内外还属研究阶段,其主要特点 是:将作用的荷载,荷载效应以及抗力和物理力学参数都当做随机变量,经过统计特性的剖析和查验,确定散布种类,然后用结构剖析法成立大坝的极限状态方程,从中求得坝肩的无效概率Pf和可靠度指标它往常分下列三步进行:1)统计剖析;2)成立大坝失事模式及其极限状态方程;3)计算无效概率Pt或可靠度指标卢.可靠度理论应用于拱坝坝肩安全度评估中,将一些主要参数作为随机变量办理.因此,该法比安全系数法更能反应实际.可是该法要求有完整的观察资料和试验资料.这对尚未竣工或蓄水初期的工程来说,往往无法达到进而用此法评论安全度时,精度不高,甚至无法使用 2.3模型试验法 上述介绍的两种安全度评估方法是数学力 学剖析法,而关于某些重要工程来说,除此以 外,往往还需用模型试验进行剖析论证.本世纪7O年月末,8O年月初发展起来的地质力学模型试验技术,能够做到原型的重力相像,地质结构的产状和物理力学参数等相像.进而,能够在模型中找出损坏机理和工程的薄弱部位. 并根据荷载与变形关系曲线扔步估计大坝和坝 基的稳定安全度.由于试验中的一些技术问题 还未全部解决,如:地震,扬压力和温度等荷 载的模拟问题以及剖析成就的定量估计安全度 等问题可是,能够与安全系数法的剖析成就 相互查验和补充,使对大坝的稳定安全度估计 更吻合实际. 3实例——某重力拱坝左坝肩稳定安全度的 剖析