岩质高边坡与船闸混凝土结构相互作用分析_勾正洪.pdf
《岩质高边坡与船闸混凝土结构相互作用分析_勾正洪.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《岩质高边坡与船闸混凝土结构相互作用分析_勾正洪.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 37 卷第 1 期粉 煤 灰 综 合 利 用Vol37No12023 年2 月FLY ASH COMPEHENSIVE UTILIZATIONFeb.2023岩土力学岩质高边坡与船闸混凝土结构相互作用分析Analysis of Interaction Between High ock Slope and Navigation Lock Concrete Structure勾正洪1,肖晶晶1,朱金鑫2(1 贵州省航电开发投资有限公司,贵州 贵阳 550000;2.河海大学 力学与材料学院,江苏 南京 210098)摘要:在船闸建造工程中的高边坡岩体开挖之后由于其中的地应力可能没有完全释放,其
2、产生的变形会推挤船闸混凝土结构,对船闸混凝土结构的稳定性产生不利影响,从而导致工程的质量、施工安全性大幅下降。因此,有必要分析各种应力释放比例条件下船闸结构应力和位移的分布情况,核算断面强度并计算地基反力及沉降。本文以贵州某高水头船闸为例,运用数值模拟软件 ABAQUS,对三种应力释放的情况下的超高边坡及船闸混凝土结构进行模拟,最后对模拟结果进行分析,为设计工作提供依据。关键词:ABAQUS 有限元软件;岩质高边坡;相互作用;船闸混凝土结构中图分类号:TV331文献标志码:A文章编号:10058249(2023)01002007DOI:1019860/jcnkiissn100582492023
3、01004GOU Zhenghong1,XIAO Jingjing1,ZHU Jinxin2(1.Guizhou Avionics Development Investment Co.,Ltd.,Guizhou 550000,China;2.College of Mechanics and Materials,Hohai University,Nanjing 210098,China)Abstract:In the ship lock construction project,the stress in the slope is not fully released after excavat
4、ion,the deformation will pushthe ship lock and have an adverse impact on the stability of the ship lock concrete structure,resulting in a significant decline in thequality and construction safety of the project.Therefore,it is necessary to analyze the distribution of stress and displacement of ship
5、lockstructure under various stress release ratios,calculate the section strength and calculate the foundation reaction and settlement.Taking ahigh head ship lock in Guizhou as an example,this paper uses the numerical simulation software ABAQUS to simulate the slope underthree kinds of stress release
6、.Finally,the simulation results are analyzed to provide basis for the design work.Keywords:ABAQUS finite element software;high rock slope;interaction;navigation lock concrete structure作者简介:勾正洪(1981),男,本科,高级工程师,从事水工建筑或水运工程建设管理。通信作者:朱金鑫(1998),男,硕士研究生,从事力学数值模拟。收稿日期:202112100引言我国西南地区存在地质条件差、地壳活跃、地应力高,以及
7、地质构造复杂等情况12,库岸边坡岩体多存在断层、错动带、蚀变岩体等地质缺陷,这种复杂的工程地质条件给大型水利水电工程带来了前所未有的工程安全性问题。当前工程设计中通常将超高岩质边坡与船闸混1 期勾正洪等:岩质高边坡与船闸混凝土结构相互作用分析21岩土力学凝土结构作为独立载体分别考虑35,很少将超高岩质边坡开挖610、船闸混凝土结构浇筑11、以及船闸水位变动12 视为统一整体。但是,由于船闸混凝土结构在高度和长度方向尺寸较大,而在厚度方向尺寸很小。岩石高边坡开挖产生的流变变形,将对船闸产生推挤作用,进而危害船闸的稳定性。由于岩质高边坡船闸混凝土结构的协同作用尚未引起足够重视,导致相关研究工作并不
8、多见。杨启贵13 考虑岩体爆破松动及卸荷的影响,建立了岩石高边坡分步开挖稳定性反馈分析模型,对永久船闸高边坡各开挖步进行了预报。唐明煌14 考虑地应力对衬砌式船闸闸室结构的影响,借助大型有限元软件 ABAQUS 研究船闸结构应力和位移分布情况、接触面工作状态及地基应力沉降,指出施工中应加强基坑支护,防止其破坏变形。张京娥15 同样运用大型有限元软件 ABAQUS 建立高边坡条件下混合式船闸闸室结构的有限元模型,分析不同工况下船闸闸室墙的受力及抗滑、抗倾稳定性以及船闸闸室墙不同部位的应力应变大小及分布情况。马能武16 等研究了船闸岩石高边坡变形的时效性,指出时效变形达到稳定的时间与边坡的环境因素
9、和地质条件有关。地质条件好且荷载较小的部位时效变形时间短,反之时间长。当大坝蓄水达到正常蓄水位的时候,受地下水及水压的影响岩体的变形有可能增大。基于现有研究,且考虑到工程实际中由于船闸混凝土结构的边界条件和尺寸效应,岩质高边坡长期流变变形将对船闸混凝土结构产生严重影响。因此,迫切需要研究超高边坡岩体船闸混凝土结构协调作用机制,防止因变形过大造成的船闸混凝土结构破坏。本文以贵州某高水头省水船闸为例,运用数值模拟软件 ABAQUS17,对三种应力释放的情况下的超高边坡及船闸混凝土结构进行模拟分析,为相关实际工程提供指导意见。1工程概况及模型建立1.1岩质高边坡地质参数及建模根据工程地质资料,沿船闸
10、轴向选取 1 个典型剖面作为船闸高边坡稳定性有限元分析计算剖面。典型剖面在工程地质平面图上的位置如图 1所示,选取船闸闸室及省水池工程作为计算剖面22,该剖面有船闸闸室和省水池等结构,所以主要分析典型剖面 22 中边坡开挖后应力释放对混凝土结构的作用,为高边坡工程开挖施工、船闸结构设计提供依据。图 1剖面位置图Fig.1Section location建立的相应数值计算模型如图 2 所示,各数值模型中包含粉质黏土、强风化岩体、弱风化岩体和微风化岩体、断层,相应岩体力学参数见表 1。图 2数值计算模型及材料分区图Fig.2Numerical calculation model and mater
11、ial partition map表 1船闸高边坡各岩层材料力学参数表Table 1Mechanical parameters of each rock stratum ofship lock high slope岩性密度/(kN/m3)摩擦角/黏聚力c/MPa弹性模量E/GPa素填土1880240.020.004420.3粉质黏土191027.810.0220.004950.3强风化砂质板岩249024.230.151.30.35中风化砂质板岩264034.990.5560.3微风化砂质板岩268041.990.88200.25断层249014.040.021.30.35根据上述的地形地质示
12、意图在 ABAQUS 中建模,如图 3 所示。其中红色区域为开挖区域。此模型重力加速度设置为 9.81 m/s;边界条件:模型左右两端设置为水平约束,模型的底面则设置为完全约束。22粉煤灰综合利用37 卷岩土力学图 3剖面 22 建模图Fig.3Section 22 modeling diagram1.2 船闸混凝土结构建模及材料参数船闸建模全景,如图 4 所示。主要分为省水池、闸室、桩机以及回填土部分。其中,本文研究的混凝土结构部分在图 4 中由红线框出。各部分的材料参数根据此工程的情况见表 2。图 4船闸建模全景图与混凝土结构图Fig.4Panorama of ship lock mode
13、ling and concretestructure drawing of ship lock表 2船闸各部分材料参数Table 2Material parameters of each part of ship lock材料密度/(kN/m3)摩擦角/黏聚力c/MPa弹性模量E/GPa回填土1900300.21.30.3混凝土250054.93.18300.167桩基250054.93.18300.1671.3不同工况介绍及模拟方法为了探究岩质高边坡与混凝土结构的相互作用,即边坡存在未释放的应力对混凝土结构产生的影响,本文对三种工况进行模拟:工况 1:岩石高边坡开挖后应力完全释放(释放率 1
14、00);工况2:岩石高边坡开挖后应力部分释放(释放率 50);工况 3:岩石高边坡开挖后应力完全未释放(释放率 0)。以不同的释放情况对相互作用的影响规律进行比较说明。为了在 ABAQUS 中实现不同的应力释放的工况,通过 ABAQUS 中的软化模量法模拟分层开挖边坡的应力释放:首先开挖船闸结构面以上的边坡,在船闸施工前,将开挖区单元材料模量降低,再通过控制不同的模量软化比例,来模拟不同的应力释放比例工况。然后待软化模量地应力重新平衡后,将开挖面上的节点施加位移约束,移除开挖单元同时激活船闸结构单元,此时两者接触即产生相互作用。这里船闸结构和边坡岩体的摩擦系数设置为 0.6。2模拟结果与分析2
15、.1岩质高边坡 Y 方向位移模拟结果岩质高边坡 Y 方向位移结果如图 5 所示。边坡开挖后应力完全释放(100%)工况下,完建后边坡/地基的竖直位移主要由于船闸结构重力作用,所以只有跟闸室、省水池接触的一定范围内的边坡才有明显的位移,离船闸结构较远处竖直位移几乎为 0。地基最大竖向位移发生在闸室与省水池交界地板台阶处,约为2.26 mm。(a)应力完全释放(100%)工况(b)应力部分释放(50%)工况(c)应力完全未释放(0%)工况图 5岩石高边坡 Y 方向位移Fig.5Y direction displacement of high rock slope边坡开挖后应力仅部分释放(50%)工
16、况下,完建后边坡/地基的竖直位移主要由于船闸结构重力作用和边坡残余应力释放造成,与闸室、省水池接触的边坡在一定范围内明显的位移,右侧船闸结构以上部分边坡受到底部边坡残余应力重新分布也产生了一定的竖直位移。地基最大竖向位1 期勾正洪等:岩质高边坡与船闸混凝土结构相互作用分析23岩土力学移发生在闸室与省水池交界地板台阶处,约为1.57 mm,省水池底部边坡出现了向上的竖直位移,这主要是由于省水池结构重力较小,边坡残余应力释放将省水池结构向上推挤。边坡开挖后应力完全未释放(0)工况下,左侧闸室结构下方向下的竖向位移较 小,约 为0.94 mm;与完全释放的工况相反,右侧省水池下方地基竖向位移方向主要
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 岩质高边坡 船闸 混凝土结构 相互作用 分析 勾正洪
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。