基于有限元法的重力坝双斜面抗滑稳定分析.pdfVIP

第 32卷第 4期 华 北 水 乖j 水 电 学 院 学 报 Vo1．32NO．4 2011年 8月 JournalofNorthChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPower 矗u蚤 2011 文章编号 ：1002—5634(2011}04—0109—04 基于有 限元法的重力坝双斜面抗滑稳定分析 王 婧 ，丁泽霖 (华北水利水 电学院，河南 郑州 450011) 摘 要 ：对坝基含双斜面软弱结构面的某重力坝工程挡水坝段 ，以非线性有限元法进行静力荷载作用下的深 层抗滑稳定研究．计算结果表明，当坝基 内含有双斜面软弱结构面时，在超载过程 中，坝体沿该双斜结构面 向 下游滑动，其 中坝踵附近的软弱结构面最危险，坝趾下游结构面次之 ，判定超载安全系数 K=3．0—4．0．并通 过剐体极限平衡法对有限元计算结果进行验证 ，2种方法得出的结论基本一致． 关键词 ：重力坝 ；抗滑稳定 ；非线性有 限元 ；软弱结构面 重力坝坝基 的稳定直接关系到工程的安全 ，据 价工程的安全性 ，对工程的加固处理措施提出建议 ， 统计 ，在有记载的所有重力坝失事案例中，40％是 由 为工程的设计和施工提供科学依据， 于基础失稳所致 ，当基岩 内的软弱结构面形成滑移 l 工程概况及模型构建 通道时，便很容易成为安全的控制 因素 ．因此 ，具 有缓倾角软弱结构面的坝基深层抗滑稳定 问题 ，一 该重力坝工程挡水坝段 ，建基面高程 559In，正 直是专家学者普遍关注的重要课题之一呤 ．刚体 常蓄水位高程 658nl，坝高 102m。对坝基稳定起关 极限平衡法作为稳定性评价 的主要方法 ，概念明确 、 键作用的双斜结构面为 lOf2和 羹 5，其 中，10~2为 计算简便 ，应用经验较丰富，可以近似地得 出坝基抵 顺河方向，自坝轴线上游 13m到坝轴线下游 66111， 抗剪切滑动失稳的整体安全度 ．但是对 于一些 断层底界分布高程为 560—465m，产状为 N40。～ 重要工程，特别是深层滑动较严重且具有多组缓倾 60。E／SEL45。～50。；fl15高程 525～560II1，产状 角结构面的工程 ，由于计算条件复杂 ，影响因素较 N15。一35。E／NW 22。一25。，倾 向上游偏右岸． 多 ，还需要开展地质力学模型试验 或有限元法计 ANSYS有限元计算模型 以该重力坝坝段为参 算 做进一步深入研究．有限元法可以处理坝体 、 照模型，采用 的岩体力学参数为：坝体为混凝土材 地基各种复杂的几何形状和构造 、材料分区、模拟施 料 ，容重2400ks／In。，变形模量 20GPa，泊松比0．2； 工过程和加载顺序 ，也能解决各种场问题 ，能进行弹 坝基材料 简化为 Di弱风化 白云岩体，容重 塑性 、静动力分析 ，能直观地反映坝与地基的破坏形 2600kg／m’，变形模量8．31GPa，泊松比0．3；断层 态 ，从而了解缓倾角软弱结构面深层滑动的特征 ，为 lOf2与 nl5材 料容 重 1650ks／m ，变 形模 量 坝基工程加固处理提供参考依据． 0。07GPa，泊松比0，4．为 了与模型试验进行对 比分 笔者利用有 限元分析软件——A SYs，对含双 析，计算 同样采用超载法 ，计算工况包括正常运行工 斜面软弱结构面坝基条件下的重力坝抗滑稳定问题 况及超载工况 ，荷载为 自重和上游水压力． 进行研究。以某坝基含典型双斜结构面的重力坝为 该重力坝坝段有限元计算模拟范围是 ：坐标原 例 ，通过计算得到重力坝在正常