拱坝坝肩抗滑稳定的有限元仿真模型及其应用

【摘要】：拱坝的坝肩稳定问题是目前拱坝设计和分析中的重要研究课题。本文基于大型有限元仿真软件ANSYS,研究了拱坝坝肩稳定安全系数的三种计算方法;并以垂直坡滑动面为研究对象,研究了接触面特性对抗滑稳定的影响。具体内容如下: 首先,研究了岩土工程和水工结构工程有限元仿真分析中弹塑性和接触非线性基本理论、方法,及在ANSYS中的实施技术。 接着,对拱坝坝体混凝土和坝肩岩体应采用的单元模型和材料类型进行分析,建立了拱坝坝肩稳定的仿真分析模型。研究了ANSYS中采用接触模型对坝肩滑动面进行模拟的方法。 然后,研究了通过超载法和降强法两种途径计算坝肩抗滑稳定安全系数的方法,以及以点安全系数法对滑动面抗滑稳定进行辅助分析的方法。通过对具有理论解的垂直坡问题的计算验证了这三种方法的正确性和有效性。并且以垂直坡滑动面算例为专题,深入分析滑动面上采用不同摩擦系数、凝聚力、接触刚度时滑动面滑动位移的分布变化规律,探讨了滑动面的材料特性对抗滑稳定的影响。 最后,对构皮滩拱坝建立了三维非线性有限元仿真分析模型,并应用提出的三种安全系数的计算方法对其坝肩的安全度进行了综合评价。