混凝土重力坝在地震荷载下的稳定分析

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1、第06期(总第349期)吉林水利2011年06月混凝土重力坝在地震荷载下的稳定分析宋刚．窦世涛：(1．新疆生产建设兵团勘测规划设计研究院，新疆；2．新疆兵团水利水电工程集团有限公司，新疆)【摘要】采用混凝土损伤塑性本构模型，利用有限元分析软件ABAQUS进行混凝土坝的蛄构计算。分析莱混凝土坝在地震荷我下的响应，分析结构的稳定性和任意荷裁作用下结构的破坏情况。计算蛄构表明：采用混凝土损伤塑性本构模型，利用有限元分析软件ABAQUS进行混凝土坝的结构计算．可以更加直观反映混凝土坝的应力、应变和整个坝坡破坏发展

2、过程。计算实例中的混凝土大坝整体稳定性符合设计要求。【关蕾词]混凝土重力坝；地震；损伤模型；稳定分析【中圈分类号]TV642．3【文献标识码】B上，最大坝高103m，坝前设计水位为91．75m，1前言坝顶宽为14．8m，最大底宽为70m。坝后在高度66．5m处开始边坡，坡比为1：1．75。坝前采用沥青混凝土重力坝是一种将土石坝碾压设备和技砂浆防渗层进行防渗。并在坝体内设置灌浆排水术应用于混凝土坝施工的一种新型坝型。简称廊道，坝体的典型断面图见图1。在坝顶靠近坝RCCD【1】。混凝土重力坝的防渗体一般有：沥

3、青前处设置一道混凝土防渗墙．与沥青砂浆防渗层砂浆防渗层、高性能混凝土防渗体、新型土工膜相连，形成坝体的一道连续的防渗体系，该防渗材料等。混凝土重力坝不宜设置纵缝。横缝一般体系是坝体唯一的防渗体系。承担着坝体任意工为非暴露平面连续缝。由于混凝土坝这种特殊的况下的防渗任务。因此．防渗体系是否裂缝关系结构。在非常工况下的结构设计要求也非常严到坝体的安全运行。格。在地震工况下，混凝土重力坝易产生裂缝，3有限元分析而且混凝土坝对地震荷载的响应是非常复杂的。为了探求混凝土重力坝在地震荷载作用下的响3．1本构模型应，分

4、析结构的稳定性和在不利工况下的破坏情本文采用ABAQUS对混凝土重力坝在地震荷况，本文采用混凝土损伤塑性本构模型，利用有载作用下的结构响应进行分析。计算时采用混凝限元分析软件ABAQUS进行混凝土坝的结构计土损伤塑性材料模型，分析坝体结构的稳定性和算，分析某混凝土坝在地震荷载下的响应，分析在任意荷载作用下的结构破坏情况。为了便于计结构的稳定性和任意荷载作用下结构的破坏情算和分析．假定混凝土重力坝的力学模型为二维况。的平面应力模型圜。混凝土损伤塑性本构模型在ABAQUS分析手2工程概况册的l1．5．3章节和

5、ABAQUS理论手册的4．5．2章节有详细的描述。我们在计算中关注的是混凝土某混凝土重力坝，建在坚硬的微分化基岩的拉伸行为。混凝土大坝的材料属性见表1。【收稿日期】2011--09-06【作者简介】赵晶淬(1982-)，男，毕ziP．-I-华北水刺水电学院。大学。gs'r。从事水利工程质量检潮。一2O一吉林水利混凝土重力坝在地震荷载下的稳定分析宋刚等2011年06月发生在后坝坡的坝高2／3处。(a)圈2未变形和变形的有限元甩格田MaN!圈l坝体的典型断面表l混凝土大坝的材料■性弹性模量(枷，8】泊松比0．

6、16密度260o膨胀角(o)36初始压缩屈服预应力(hⅡ'a)l25抗压强度(siva)24-4拉伸破坏应力(MPa)2．73．2有限元网格模型图2中的(a)图为该混凝土重力坝的结构有限元模型，它包含了760个减缩积分(CPS4R)平图3坝体在地震响应下的拉伸位移等值线圈面应力单元翻。其中沥青砂浆防渗层的有限元网格也包含在其中。坝体网格的划分采用整体划分通过分析图2的(b)图(需要说明的是，为技术，进行整体的网格划分，然后进行特殊边网了清楚地呈现变形图．这里坝体的位移变形进行格种子数的调整，进行网格奇异性

7、检验，直至划了放大，变形放大系数为100)和图3，该坝体出分的网格通过检验，再进行下一步的计算工作。现了两个破坏位置：第一处是坝体颈部远离水库3．3有限元计算结果方向应力集中的位置，也即坝体的左坝肩处；第采用有限元软件ABAQUS进行混凝土坝的结二处为坝体坝基靠近水库的位置。由于地震荷载构计算时。首先计算坝体在自重和静水压力作用总是在一定的幅值范围内往复变化。即从最初的下的结构稳定．得出结构在这种工况下的变形地震波过渡到其峰值地震波。大坝的两处破坏位值。将计算结构进行保存。然后再在结构上施加置的裂缝。也随

8、着地震荷载的往复变化而发生扩地震荷载。计算坝体的地震荷载作用下的变形。张、闭合、再扩张等变化，同时，由此传递给坝地震荷载采用水工建筑物抗震设计规范(SI203—体的荷载总是在大坝的拉伸破坏范围之内。因97)中的规定进行施加。由地震所产生的竖向力此，混凝土大坝不会产生由于拉伸集中应力而产和水平力都可以按地震惯性力进行等效．从而确生破坏。当地震荷载消失后，除了裂缝尖端附定其等效的动态荷载卿。近。所有的裂缝均在压缩应力作用下处于闭合