基于广义有效应力原理的混凝土坝应力计算方法研究

作　者: 梁通
导　师: 金峰
学　校: 清华大学
专　业: 水利工程
关键词: 混凝土坝渗流扬压力广义有效应力原理应力
分类号: TV642
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 143次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

水对坝体和坝基的作用力是进行坝体、地基的强度与稳定分析的重要荷载。而对坝区的水荷载要有一个较为清晰的认识,需要对坝区进行系统的渗流场分析。本文即是在分析坝区渗流场的基础上,基于更适用于岩石和混凝土的应力原理的学位论文">广义有效应力原理,建立了一套计算混凝土坝变形和应力的有限元分析方法。并结合二滩拱坝大量的工程资料和原型观测资料分析了二滩拱坝的渗流场和应力场。论文的主要工作和研究成果如下:一、从基本的渗流理论出发,借助有限单元法研究坝区渗流场问题。分析总结了渗流计算数值模拟中常遇的问题,如渗流自由面的确定方法,渗控措施的模拟方法等,并初步分析讨论了渗控措施对坝区渗流的影响。二、从宏观角度阐述饱和孔隙介质中水的基本力学效应,讨论了扬压力和渗透力的概念,着重回顾扬压力的发现、发展。在广义有效应力原理的基础上推导了扬压力和渗透力的表达式,并基于有限元格式得到了作用在重力坝建基面的水压力的表达式,阐述了重力坝坝底扬压力的真正物理含义及其主要影响因素。同时,讨论得出了计算时正确的水荷载组合,建立了一套更适于混凝土和岩石性质的计算方法。三、研究发现,水荷载的大小及施加方法与孔隙介质自身B值有关。B值对坝体应力和位移有着明显的影响。针对某典型重力坝算例发现,在B=0时水荷载作用下产生的应力状态对坝体最有利,而B=1.0时的应力状态对坝体最为不利。这是否具有普适性还需要进一步的研究。四、在分析整理二滩拱坝的地质资料与渗控措施情况的基础上,建立了精细有限元计算模型。分别对二滩拱坝的渗流和应力进行计算分析,渗压以及位移的计算结果与实测值吻合相对较好。对二滩拱坝渗控措施有限元分析研究表明,降低渗压主要以排水为主,防渗帷幕的作用不大。运用本文建立的计算应力的分析方法探讨了坝体的应力情况,结果表明,当B值增大时,坝体的拉应力变大,而压应力变小。这说明考虑渗流时,坝体的应力状态更为恶化。所以在工程设计中渗流的作用应给予足够的重视。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-18
  1.1 引言  8
  1.2 对水荷载认识的发展  8-9
  1.3 水对固体骨架性质的影响  9-10
  1.4 渗流场研究进展  10-15
  1.5 渗流作用下的应力场求解  15-17
  1.6 论文的主要工作  17-18
第2章渗流计算的基本理论  18-44
  2.1 渗流的基本概念  18-19
  2.2 FORCHHEIMER 定律（渗流的基本定律）  19-20
  2.3 渗透系数的物理意义  20
  2.4 渗流场连续性方程  20-22
  2.5 定解条件  22-23
    2.5.1 边界条件  22-23
    2.5.2 初始条件  23
  2.6 有限单元法计算  23-24
  2.7 确定渗流自由面的方法  24-28
  2.8 防渗帷幕及铺盖的模拟  28-29
  2.9 岩体排水系统模拟  29-33
  2.10 某重力坝渗流场算例  33-43
  2.11 本章小结  43-44
第3章混凝土坝应力计算的探讨  44-72
  3.1 扬压力的的发现  45
  3.2 扬压力理论的两种派别  45-46
  3.3 扬压力早期的“裂缝理论”  46-47
  3.4 扬压力的孔隙理论及存在的分歧  47-51
  3.5 当前国内外对扬压力的普遍认识  51-53
  3.6 水在孔隙介质中的三种基本力学效应  53-56
  3.7 有效应力原理  56-59
  3.8 基本方程的推导  59-61
  3.9 水荷载的讨论  61-63
  3.10 几种计算方法的比较  63-71
  3.11 本章小结  71-72
第4章二滩工程概况及渗压观测资料分析  72-89
  4.1 二滩拱坝坝址区地质概况  72-76
  4.2 二滩坝基渗控措施基本情况  76-78
  4.3 坝体混凝设计材料参数及坝体排水措施  78-79
  4.4 二滩拱坝渗流资料分析  79-87
  4.5 本章小结  87-89
第5章二滩渗流场与应力场有限元分析  89-112
  5.1 二滩拱坝有限元计算模型的建立  89-96
  5.2 二滩拱坝渗流场有限元计算  96-101
  5.3 二滩拱坝应力场有限元计算  101-106
  5.4 二滩拱坝渗控措施分析  106-111
  5.5 本章小结  111-112
第6章结论与展望  112-124
致谢  124-125
个人简历  125
研究成果  125

基于广义有效应力原理的混凝土坝应力计算方法研究

内容摘要

全文目录

相似论文