坝基混凝土防渗墙应力变形及开裂数值模拟研究

摘要

修建在覆盖层上的土石坝大多采用混凝土防渗墙作为其主要的坝基垂直防渗措施。防渗墙在发挥重要防渗作用的同时，其安全性也对坝基、坝体的整体安全有重要影响。由于混凝土防渗墙刚度较大而墙体较薄，与覆盖层的力学性状相差较大，并且在坝体填筑期及水库蓄水期防渗墙受力比较复杂，因此，准确计算防渗墙的应力变形以及预判可能发生的开裂行为至关重要。目前主要采用有限元法对防渗墙应力变形进行研究，由于混凝土本构的不确定性，以及防渗墙应力变形影响因素的复杂性，对防渗墙应力变形及开裂的研究仍需继续加强。
　　本文以某堆石坝工程为背景，采用三维非线性有限元法对坝基混凝土防渗墙进行分析，研究在不同工况下，混凝土防渗墙应力变形、开裂情况，对混凝土防渗墙的设计提出合理建议，并对防渗墙的运行安全进行评价。具体内容如下：
　　1)对非线性弹性混凝土本构Bathe模型和弹塑性本构D-P Cap模型进行了分析，并结合算例说明其模拟混凝土，尤其是模拟混凝土开裂的的合理性；对有限单元法中的子模型技术进行了研究，通过算例验证其高效、精细的优点，为后面章节采用该方法研究混凝土防渗墙做好铺垫。
　　2)防渗墙应力变形影响因素研究。结合土石坝工程，对混凝土防渗墙应力变形影响因素，主要是防渗墙与基础的连接型式分别进行了二维和三维数值模拟，研究了不同工况下，墙体与基础的不同连接型式对防渗墙应力变形的影响。
　　3)工程实例模拟。针对仁宗海工程进行数值模拟，对防渗墙采用子模型方法，分析坝体及防渗墙的在不同工况下的应力变形，并与部分监测资料进行对比，验证计算的合理性。
　　4)防渗墙开裂模拟。在前述成果基础上，分别采用Bathe本构(集成了弥散裂缝模型)和D-P Cap本构模型对墙体裂缝进行预测模拟，研究墙体开裂的位置及裂缝性状，对防渗墙的运行安全作出评价，并对防渗墙的设计提出合理建议。对两种本构应用于混凝土防渗墙的合理性做出对比。

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引言

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 混凝土防渗墙在国内外的应用发展概况

1.3 混凝土防渗墙应力变形的研究现状

1.4 混凝土防渗墙开裂的研究现状

1.5 混凝土的本构模型

1.6 本文的研究内容

2 基本理论

2.1 引言

2.2 Bathe本构模型

2.3 D-P Cap本构模型

2.4 子模型技术

2.5 本章小结

3 混凝土防渗墙应力变形影响因素研究

3.1 引言

3.2 计算模型

3.3 计算要点

3.4 二维模型计算分析

3.5 三维模型计算分析

3.6 本章小结

4 仁宗海堆石坝防渗墙应力变形及开裂计算

4.1 工程概况

4.2 有限元模型及计算要点

4.3 坝体的应力变形分析

4.4 防渗墙应力变形分析

4.5 与部分监测资料的对比

4.6 防渗墙的开裂模拟

4.7 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著