两河口心墙堆石坝非稳定渗流场和应力场全耦合分析

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土石坝因为具有就近取材、因材设计,对坝基地质条件的适应性强,大坝填筑施工机械化程度高、施工速度快,工程造价较低等优点,使其成为世界坝工建设中应用最为广泛和发展最快的一种坝型。特别是到20世纪50年代以后,随着大型、高效施工机械的产生和土力学理论的发展,土石坝更是得到了迅速发展。与此同时,也伴随出现了许多亟待解决的工程技术问题,其中,高心墙堆石坝的变形预测和控制就成为其中的关键问题之一。  尽管目前土石坝的密实度和变形模量较早期土石坝有了很大提高,但变形控制仍然是主要问题。土石料在荷载作用下的变形特性十分复杂,并且具有浸水发生湿化变形和随时间发生流变变形的特性,对它的数值模拟比较困难。20世纪60年代以后,非线性有限元方法的发展,为土石坝的变形计算提供了有效的求解手段,也掀起了土体变形计算模型的研究热潮,包括各种本构模型、湿化模型和流变模型等。但不同本构模型的对比验证工作仍不充分,因此对各模型开展综合比较和论证将具有重要的意义。  然而,土石坝的修建除了要考虑坝体的强度和变形问题外,还应考虑大坝在蓄水过程中的渗流问题。而坝体的变形和渗流是同时发生的,它们之间存在相互作用,也即耦合作用。目前,土石坝的变形分析和渗流分析多是分开进行的,即没有考虑它们的耦合作用。由此可见,开展土石坝渗流场和应力场的耦合研究具有重要的理论和实际意义。  在广泛阅读国内外相关文献的基础上,本文选取了目前土石坝变形计算中常用的两种土体本构模型,即 Duncan-Chang非线性弹性模型和修正剑桥模型,并对其在理论上进行了比较和评述。然后,对 ABAQUS软件在流体渗透/应力耦合分析方面的应用做了简要介绍,并应用上述两个本构模型对常规三轴固结排水试验和不排水试验进行了数值模拟,对模拟结果进行了相关分析。最后,结合工程实例,采用上面提到的两种本构模型,对两河口心墙堆石坝在施工和蓄水过程中的渗流场和应力场进行了耦合分析,得出了一些有价值的规律和结论。
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