沥青混凝土心墙坝力学性能数值模拟研究.pdf
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1、第 3 4卷第 5期 2 0 1 2年 5月 人民 Y EL L O W 黄河 RI VER Vo l _ 3 4 No 5 Ma y, 2 01 2 【 水利水电工 程 】 沥青混凝土心墙坝力学性能数值模拟研究 王建祥 , 唐新军, 李晓庆 ( 新疆农业大学 水利 与土木工程学院 , 新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 5 2 -) 摘要 : 针对新疆某沥青混凝土心墙堆石坝进行了有限元数值模拟计算, 坝体主应力和心墙轴线主应力比的计算结果表 明: 堆石体坝壳大、 小主应力最大值均出现在坝底部中轴线两侧; 满蓄期上游坝壳的大、 小主应力比竣工期小; 随着坝高 的增加, 沥青混凝土心墙的主应力比有增
2、大趋势。根据计算结果对心墙的水力劈裂进行 了判别, 结果表明: 心墙竖向应 力均大于水压力, 沥青混凝土心墙不会发生水力劈裂。 关键词:沥青混凝土心墙坝;主应力;水力劈裂;有限元数值模拟 中图分类号 :T V 6 4 1 4 文献标识码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 1 3 7 9 2 0 1 2 0 5 0 4 6 Si mu l a t i v e S t u dy O i l M e c ha n i c a l Pr o pe r t i e s o f As ph a l t Co n c r e t e Co r e W a l
3、 l Da m WA N G J i a n x i a n g , T A N G X i n - j u n , L I X i a o q i n g ( C o l l e g e o fH y d r a u l i c a n d C iv i l E n g i n e e r i n g , Xi n j i a n gA g ri c u l t u r a l U n iv e r s i t y ,U r u m q i 8 3 0 0 5 2 ,C h i n a ) Ab s t r a c t : T h e p a p e r h a d s i m u l a
4、t i v e c a l c u l a t i o n o n a n a s p h a l t c o n c r e t e c o r e w all d a m i n X i n j i a n g a n d a n al y z e d t h e r e s u l t s o f p ri n c i p a l s t r e s s o f d a m b o d y a n d p ri n c i p a l s t r e s s r a t i o o f c o r e w a l l a x i s T h e r e s u l t s s h o w
5、 t h a t t h e maxi m u m v a l u e o f m a j o r a n d mi n o r p r i n c i p al s t r e s s o f r o c k fi l l d a m s h e l l a p p e a r i n t h e d a m b o t t o m o f b o t h s i d e s o f t h e axi s ; t h e ma j o r a n d mi n o r p ri n c i p a l s t r e s s o f t h e u p s t r e a m d a m
6、s h e l l o f f u l l s t o r a g e p e ri o d a r e s m a l l e r t h a n t h a t o f c o mp l e t i o n p e rio d;wi t h i n c r e a s in g t h e h e ig h t o f t h e d a m,t h e a s p h a l t c o n c r e t e c o r e wa l l p rin c i p a l s t r e s s r a ti o h a s t h e t r e n d o f i n c r e a
7、 s e T h e h y d r a u l i c fr a c t u ri n g o f c o r e w a l l i s j u d g e d a c c o r d i n g t o t h e c a l c u l a t e d r e s u l t s T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e v e r t i c al s t r e s s o f c o r e w a l l i s g r e a t e r t h a n wa t e r p r e s s u r e As p h a l t c
8、o n c r e t e c o r e wa l l wi l l n o t h a pp e n h y d r a u l i c f r a c t u ri n g Ke y wo r d s:a s p h a l t c o n c r e t e c o r e wa l l d a m ;p r i n c i p a l s t r e s s ;h y d r a u l i c fra c t u ri n g;fin i t e e l e me n t n u me ric al s imu l a t i o n 沥青混凝 土心 墙堆石 坝是土 石坝 的主要
9、坝型之 一 。大 坝主体由堆石或砾石组成, 中间设沥青混凝土防渗心墙 。 J 。 将沥青 、 矿料与掺合料等按比例配合, 加热拌和均匀 , 经压实或 浇筑等工艺成型的沥青混凝土具有良好的适应变形能力、 抗冲 刷能 力 、 抗老化能力 、 裂缝 自愈能力等 , 沥青混 凝土可 以在严 寒 条件下施工, 且整个心墙无须设置结构缝 。因此, 沥青混 凝土被广泛应用于水工结构防渗体, 特别是新疆等寒冷地区土 石坝中的防渗墙上 J 。许多学者针对沥青混凝土心墙坝施工 过程中出现的一些问题进行了研究 , 但在试验和理论分析方面 研究较少。笔者对新疆某沥青混凝土心墙坝进行有限元数值 模拟计算 , 并对计算结
10、果进行了分析 , 以期为沥青 昆 凝土心墙 坝的设计和工程应用提供依据和参考。 1 工程概况 新疆某水库工程是具有灌溉、 供水 、 防洪等效益的综合利 用工程, 水库大坝为沥青混凝土心墙堆石坝。水库正常蓄水位 1 4 7 4 Il l , 对应库容 2 1 0 0万 m , 拦河坝坝高 6 6 i n , 设计灌溉面 积 1 3 5万 h m , 担负着下游石油和工业园区 1 1 1 0 8 5万 in a 】 3 4 的供水任务, 该水库工程为 等中型工程。上游坝面坡 比为 1 : 2 2 5 , 下游坝面坡比为 1 : 2 0 0 。沥青混凝土心墙坝以坝料强 度 、 渗透性 、 压缩性、
11、施工方便和经济合理等为原则进行分 区, 除沥青混凝土心墙外 , 还有坝壳料区、 过渡料区、 上游 围堰 、 排 水料 区。 2 本构模型及材料参数 沥青混凝土心墙、 沙砾石坝是大坝的主体部分, 其应力应 变关系模拟的合理性直接关 系到坝体工作性状评估的准确 性 J 。大量研究表明沥青混凝土心墙材料和沙砾石坝料的应 力应变关系表现出明显的非线性, 本构模型可以采用邓肯 一张 模型, 也可以采用南水模型。研究发现, 邓肯 一张模型与南水 模型相比, 邓肯 一张模型计算的变形偏大, 基于安全考虑, 笔者 收稿 日期 : 2 0 1 1 1 2 0 5 基金项 目: 新疆农业大学前期 资助课题( X
12、J A U 2 0 1 0 0 7 ) 。 作者简介: 王建祥( 1 9 7 9 一) , 男, 山东菏泽人, 讲师, 硕士, 主要从事力学与工程 结构理论应 用研究 工作。 E ma i l : wl m q w j x 1 2 3 1 6 3 c o in 人 民 黄 河2 0 1 2年第 5期 采用邓肯 一张 E 模型进行数值模拟计算。 在有限元分析计算 中, 坝壳料 、 过渡料 、 沥青混 凝土心墙 采 用邓肯 一张 E 模型, 通过室内三轴试验, 得到其材料模型参 数 。模型参数黏 聚力 c , 土 的内摩擦 角 , 破 坏 比 R , 切线模 量 系数 , 切线模量指数 n , 试
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