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特高拱坝三维非线性整体安全度评价标准研究

胡森映  
【摘要】:我国已建、在建特高拱坝具有工程量大、投资大、地质条件复杂、水推力巨大、施工周期长、过程复杂等特点。特高拱坝的应力分析与安全评价一直是国内外学者关注的热点,尽管国内外开展了大量针对拱坝安全评价的非线性有限元研究,但是目前尚缺乏一套特高拱坝稳定评价与控制的标准化分析流程。本文依托溪洛渡、锦屏一级和小湾三座特高拱坝工程,开展了三维非线性有限元应力分析与安全评价对比研究,深入分析考虑孔口细部结构后特高拱坝的主要应力控制区域和相应的应力、变形和超载安全度等,建立合理的控制标准,归纳特高拱坝整体安全评价指标体系。主要研究内容如下:(1)归纳与分析特高拱坝应力分析与安全评价理论及方法,总结了主要研究方法的基本内容、优缺点以及研究进展。在对多个高拱坝安全评价理论进行对比研究后,深入分析了高拱坝整体安全的含义。(2)通过采用相近尺寸网格模型,相同本构关系、分析路径及判别指标,系统比较数值模拟结果,提出了一套针对特高拱坝整体稳定的三维非线性有限元标准化流程,包括计算模型要求、荷载施加及计算流程,对边界条件、材料本构模型及屈服条件的选取提出了相应的建议。(3)基于特高拱坝坝身孔口多,结构复杂,泄洪流量大,而以往的地质力学模型试验和有限元法往往不考虑孔口。应用三维非线性有限元法对考虑孔口的特高拱坝进行应力分析与整体安全评价,包括正常蓄水位与超载工况下位移、应力分布研究,探讨位移、应力变化规律。提出了考虑孔口分布的大坝-基础整体真实应力分布评价指标。(4)探索不同超载倍数下,特高拱坝的局部与整体屈服开裂的规律,建立考虑孔口的特高拱坝整体安全控制指标,进一步明晰超载作用下大坝-基础起裂安全度、非线性变形超载安全度、极限超载安全度以及相应的控制标准。对特高拱坝变形、应力、安全度控制指标进行了量化研究,给出了建议值。


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