高拱坝非线性有限元分析合理网格尺寸研究.pdf

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1、水利水电技术第45卷2014年第4期高拱坝非线性有限元分析合理网格尺寸研究王志强，郑克红(南昌工程学院水利与生态工程学院，江西南昌330099)摘要：针对用非线性有限元法对拱坝进行安全度评价分析时，网格尺寸对计算结果的敏感性，提出了合理网格尺寸的确定方法。以溪洛渡高拱坝为例，对采用非线性有限元仿真分析进行的拱坝安全度评价所要求的合理网格尺寸进行研究，得出了一些有益的结论，可为高拱坝非线性有限元分析的规范化提供参考。关键词：高拱坝；非线性有限元；网格尺寸；局部非协调网格；溪洛渡水电工程中图分类号：，rV642．4文献标识码：B文章

2、编号：1000-0860(2014)04．0059．05No砌in姐r丘nitedemem舭阻lysisb重lseds岫dy蚰r蜘I∞曲Meme幽萄跹forMghaMhdamWANGZhiqi锄g，ZHENGKehong(CoUegeofHydrod”aIIlic卸dEcologyEn西neering，N粕ch锄gImtituteofTecllIIok聊，Nanch柚g330099，Ji舳g】【i，China)Abstr瓢旺：Aimingattlle∞nsibilityoftIlemeshsizetot}lecalcul8tio

3、nresultwhens—btyevalualionandanaly8isaremadeonarchd锄wi也noIllinearfiIliteeleInemmetllod，am蕊odtode俩netllereas叩ableIn伪hsi船isputfbrwardhereiILBytal【irlgXiluoduHighArchD锄船astudyc鹅e，tllere∞onabler驰shsizerequiredbyt}Iearchd啪safbtyevaluationc删edoutwitIltllenoIllin-earfiIIite

4、elementmetllodismadeherein，甜ldtllens唧eben击cialc∞clusio璐areo诋ned；wlIichc舳pm、，ideref毫renc髓fortIlestandardi髓tionofthenoIlline盯fiIIiteelement锄alysisonhigharchd锄．Key啪rds：h砂archd啪；∞Illin叫filliteelement；舭shsize；localincompatiblem髓h；)(iluoduHydmpowerPmject1引言当前建设中的300m级特高拱坝工

5、程较多，如溪洛渡(285．5m)、小湾(292m)、锦屏一级(305m)等。高拱坝一般位于高山峡谷地区，地形地质条件复杂，为保证结构在施工期及运行期的安全可靠，必须采用多种方法进行分析。常见的分析方法有经验判断法、模型试验法和数值分析法⋯。数值分析方法是目前拱坝安全度评价中应用最广泛的方法。了解和掌握拱坝的真实应力状态和安全度，需要模拟拱坝的实际工作性态。在各种数值计算方法中，非线性有限元能较为精确地模拟拱坝的实际工作性态，可以考虑施工过程、材料非线性，各种荷载作用、坝体和基岩缺陷等，主要依据大坝在各种荷载组合作用下的应力和变形

6、分布及大小，大坝及地基胁衍R腊o“Ⅲd“HyJ，叩M劭曲w忉阳L盯No．4的破坏情况等对整体安全进行评价口J。但非线性有限元用于高拱坝安全度评价也存在一些问题，如网格尺寸不同，计算结果不同；坝体采用的本构关系和强度准则不同，计算结果不同；迭代方法和收敛控制标准不同，计算结果不同。对于拱坝有限元分析合理网格尺寸这一问题，国内外学者进行了大量的研究。李同春等∞1研究了网格尺寸对拱坝等效应力分析的影响。杨令强等H1利用白适应有限元分别对国内的3座高拱坝从径向、拱向、径向和拱向同时进行了细分，以研究高拱坝的应力状态、等效应力与等参单元的

7、大小和形状之间的关系。邹超英等”1研究了有限元单元类型、网格数量、收稿日期：2013．09-27作者简介：王志强(1983一)，男，讲师，博士。王志强，等∥高拱坝非线性有限元分析合理网格尺寸研究自由度数量与能量误差之间的关系。上述研究只针对拱坝线弹性有限元分析，没有进行非线性有限元网格尺寸的研究。进行拱坝非线性分析时，为了得到更为精确的结果，需要对应力集中部位的单元进行局部加密。本文以溪洛渡高拱坝为例，提出了合理网格尺寸的确定方法，对非线性有限元仿真分析作为拱坝安全度评价所要求的合理网格尺寸进行研究，得出了一些有益的结论，可为非

8、线性有限元应用的规范化提供参考。2基本原理2．1合理网格尺寸确定方法在用有限元法对拱坝进行分析时，首先遇到的一个难题是计算结果对网格尺寸的敏感性，即采用的网格尺寸不同，得到的计算结果也不同，计算结果存在一定偏差∞1。对于有限元合理网格尺寸的确定，本文提出首先对大