当前位置:首页 >> 电力/水利 >>

ANSYS作业












题目:面板堆石坝坝体应力变形分析

专 学

业 号

水 利 工 程 20152205021 陈志强 苏 志 敏

学生姓名 任课教师

1

>
某 砼 面 板 堆 石 坝 , 水 库 总 库 容 为 2391.5 万 m ?, 为 中 型 水 库 。 坝 顶 高 程 为 1796.30m ,大 坝 最 大 坝 高 95m , 坝 顶 长 297.5m , 宽 10m 。趾 板 建 基 面 高 程 1757m , 坝 轴 线 处 建 基 面 最 低 1755.80m ,坝 顶 高 程 1850.80m ,最 大 坝 高 95m ,防 浪 墙 顶 高 程 1852.00m 。本 工 程 坝 址 区 出 露 岩 层 为 白 垩 系 高 丰 寺 组( K1g )普 昌 河( K1p ) 紫 色 粉 砂 质 泥 岩 与 长 石 石 英 砂 岩 互 层 、局 部 为 不 等 厚 互 层 。根 据 堆 石 料 场( 长 石 石 英 砂 岩 、砂 岩 )岩 石 试 验 指 标 ,岩 体 的 单 轴 湿 抗 压 强 度 值 45.9~153.5MPa , 抗 压 强 度 指 标 较 高 ,因 此 ,该 堆 石 坝 主 堆 石 区 和 下 游 堆 石 区( 3D )填 筑 采 用 质 量 较 好 的 石 英 砂 岩 ,下 游 次 堆 石 区( 3C )填 筑 采 用 质 量 稍 次 的 石 英 砂 岩 。拟 定 砼 面 板 堆 石 坝 上 游 坝 坡 为 1:1.4 ,下 游 坝 坡 1:1.4 ,在 下 游 坝 坡 1820.80m 高 程 和 1790.80m 高 程 分 设 戗 台 , 宽 3.0m 。 下游坝坡采用大块石护砌, 水 平 厚 度 1.0m 。 根据料源及对坝料强度、渗透性、压缩性、施工方便和经济合理等要求, 将 大 坝 坝 体 从 上 游 到 下 游 分 为 垫 层 区 、过 渡 区 、主 堆 石 区 、下 游 堆 石 区 ,并 在 面 板 上 游 设 坝 前 覆 盖 区 。在 周 边 缝 下 游 侧 设 置 特 殊 垫 层 区 。坝 体 下 游 坡 采 用 干 砌 石 护 砌 。 上 游 覆 盖 区 位 于 面 板 上 游 , 顶 高 程 1796.80m , 水 平 宽 度 6.0m , 主 要 为 粘 土 和 保 护 粘 土 稳 定 的 石 碴 料 。垫 层 区( 2A )顶 高 程 1848m ,水 平 宽 3.0m , 采用料场新鲜砂岩料轧制而成。 过渡区 ( 3A ) 顶高程与垫层区同高, 水 平 宽 4.0m , 采 用 料 场 新 鲜 、 微 风 化 砂 岩 爆 破 料 、 洞 挖 料 。 下 游 次 堆 石 区 ( 3C ) 顶 部 高 程 1820.80m , 宽 32m , 堆 石 区 上 游 坡 比 为 1:0.3 倾 向 下 游 、 下 游 坡 1:1.4 ; 底 面 高 程 1770.80m , 其 下 为 下 游 堆 石 区 ( 3D ) 。 下 游 次 堆 石 区 ( 3C ) 选 用 溢 洪 道 开 挖 碴 料 、 料 场 新 鲜 ~强 风 化 下 部 砂 岩 爆 破 料 。

2

图 1.1

混凝土面板堆石坝材料分区图

利用大型有限元软件 ansys 建立二维有限元模型(包括施工一期、施工二期模型及竣工 运行期的整体混凝土面板堆石坝模型) ,其中坝体部分包括混凝土面板、主堆石料、上 游铺盖聊、垫层料、过渡料及坝壳风化基岩层等,地基部分包括灌浆帷幕、固结灌浆及 坝基岩层。根据该面板堆石坝坝体各施工期和运行期的设计体型图,用大型有限元软件 建立二维的计算模型,如图 2.2 所示。

N

N N

N

N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N

N N N

图 2.10

大坝计算最大断面

3

(a)施工一期坝整体模型

(b)整体混凝土面板堆石坝模型

4

(c)整体混凝土面板堆石坝坝顶细部模型

(d)整体混凝土面板堆石坝坝底模型 图 2.2 各施工期及运行期混凝土面板堆石坝模型图

5

通过建立二维平面有限元模型对该混凝土面板堆石坝工程最大断面进行静、 动力组 合工况下的非线性有限元应力变形分析, 对该混凝土面板堆石坝施工一期坝体及竣工期 坝体(未蓄水)进行二维非线性有限元分析,得出各个施工期静力工况下的大主应力分 布形式见图 5.1~5.2,小主应力分布形式,如图 5.3~5.4 所示;该面板堆石坝坝体最小大 主应力及最大小主应力值及其所在部位见表 5.1 所示。 由图 5.1、5.3 可知该施工一期坝体的大主应力和小主应力的分布形式比较均匀,由 坝体表面均匀地向坝体底部中心逐渐增加, 至一期坝体底部中心部位增至最大值分别为 0.45MPa 和 1.03MPa。施工一期坝体主堆石区、面板垫层、过渡层均为出现拉应力,仅 在灌浆混凝土盖板处出现较小的拉应力,不过 0.05MPa。 由图 5.2 和 5.4 可知该混凝土面板堆石坝竣工期的大主应力和小主应力的分布形式 为:坝体主堆石去分布均匀,在上游面板垫层、过渡层及下游砌石护坡处出现大小应力 的突变,大主应力变化的更为明显。总体上来看,竣工期坝体静力工况的大主应力分布 为由坝体表面向底部中心逐渐减小,最大值为 0.62MPa,小主应力由坝体表面向底部中 心逐渐增加,最大值为 1.46MPa,如表 5.1 所示。下游下部马道下部砌石区出现较小拉 应力,约 0.015MPa。

表 5.1 该堆石坝各施工期坝体最大大主应力及最大小主应力值及其出现部位 特征水位 施工一期 竣工期 大主应力 最小值/MPa 出现部位 一期坝体底部 0.45 中心 0.62 坝体底部中心 小主应力 最大值/MPa 出现部位 一期坝体底部 1.03 中心 1.46 坝体底部中心

6

图 5.1 该堆石坝施工一期静力工况下最大大主应力分布图

图 5.2 该堆石坝竣工期静力工况下最大大主应力分布图

图 5.3 该堆石坝施工一期静力工况下最大小主应力分布图

7

图 5.4 该堆石坝竣工期静力工况下最大小主应力分布图

1

施工期变形结果分析
对该混凝土面板堆石坝各个施工期的二维非线性有限元分析得出门, 该面板堆石坝

一期坝体及竣工期坝体静力工况下顺河水平向位移分布形式见图 5.5~5.6, 竖直向沉降位 移分布形式见图 5.7~5.8; 该面板堆石坝施工期坝体最大顺河水平向位移及最大竖直向沉 降位移及其所在部位见表 5.2。 由图 5.5 可知,施工一期坝静力工况下的顺河水平向位移为由坝体中部向两侧上、 下游坝坡产生逐渐增大的水平位移;由图 5.6 可知,竣工期坝体静力工况下的顺河水平 向位移为由上游混凝土面板向下游逐渐减小。该混凝土面板堆石坝一期坝体分别在上、 下游坡面附近约为 1770m 高程处出现上游向最大水平位移约为 0.75cm 和下游向最大水 平位移约为 0.82cm;竣工坝在上游坡混凝土面板底部水平下游向位移 1.16cm,下游上 部马道处上游向最大水平位移约为 4.35cm,见表 5.2 可知。 由图 5.7 和 5.8 可知,施工一期坝体静力工况下的竖直向沉降位移是由坝体底部向 上逐渐较均匀增加的,至坝体顶部中心达到最大值。由表 5.2 可知,一期坝体竖直向沉 降最大值位于坝顶中心位置, 约为 10.2cm; 竣工期坝体竖直向沉降最大值位于坝体中轴 线偏向上游 1795m 高程位置,约为 19.4cm。

8

表 5.2 该堆石坝各施工期坝体最大大主应力及最大小主应力值及其出现部位 特征水位 施工一期 竣工期 特征水位 最大值 施工一期 竣工期 10.2 19.4 顺河水平向位移/cm 上游向 0.75 1.16 出现部位 上游坡内 1785m 高程 上游面板底部 下游向 0.82 4.35 出现部位 上游坡内 1785m 高程 下游上部马道处

竖直向位移/cm 出现部位 抬头坝顶部中心 坝体中轴线偏向上游 1795m 高程处

图 5.5 该堆石坝施工一期顺河向水平位移分布图

9

图 5.6 该堆石坝施工一期顺河向水平位移分布图

图 5.7 该堆石坝施工一期坝体竖直向位移分布图

图 5.8 该堆石坝竣工期坝体竖直向位移分布图

10

2

应力结果分析
经过二维非线性有限元分析, 该混凝土面板堆石坝竣工运行期内各个特征水位及坝

体 自 重 的 静 力 工 况 下 的 大 主 应 力 分 布 形 式 见 图 5.9~5.13 , 小 应 力 分 布 形 式 见 图 5.14~5.18;该面板堆石坝坝体最大大主应力及最大小主应力值及其所在部位见表 5.3。 由图 5.9~5.13 可知,该竣工运行期混凝土面板堆石坝各个静力工况(各特征水位静 水压力+自重)下的大主应力分布形式为:主堆石区部分分布均匀,在上游面板垫层及 过渡层处出现大应力的轻微突变。总体上看来,运行期面板堆石坝各个静力工况下大主 应力分布为由坝体表面向面板底部逐渐增加,在上游垫层及过渡层处发生突然增大,坝 中轴线底部偏向上游侧出现最小大主应力值, 各个特征水位静力工况下的最小大主应力 值如表 5.3 所示。 由图 5.14~5.18 可知,该竣工运行期混凝土面板堆石坝各个静力工况(各特征水位 静水压力+自重)下的大主应力分布形式为:由坝体上、下游表面向坝体内逐渐增加, 直至坝中轴线底部小主应力达到最大值, 各个特征水位静力工况下的最大小主应力值见 表 5.3。 表 5.3 该堆石坝最小大主应力及最大小主应力值及其出现部位 特征水位 最大值/MPa 死水位 1.49 出现部位 坝中轴线底部 最大值/MPa 0.59 出现部位 坝中轴线底部偏向 上游侧 坝中轴线底部偏向 上游侧 坝中轴线底部偏向 上游侧 坝中轴线底部偏向 上游侧 坝中轴线底部偏向 上游侧 小主应力 大主应力

正常水位

1.55

坝中轴线底部

0.62

设计水位

1.57

坝中轴线底部

0.63

校核水位

1.59

坝中轴线底部

0.64

骤降水位

1.52

坝中轴线底部

0.61

11

图 5.9 该堆石坝自重+死水位工况下大主应力分布图

图 5.10 该堆石坝自重+正常水位工况下大主应力分布图

图 5.11 该堆石坝自重+设计水位工况下大主应力分布图

12

图 5.12 该堆石坝自重+校核水位工况下大主应力分布图

图 5.13 该堆石坝自重+骤降水位工况下大主应力分布图

图 5.14 该堆石坝自重+死水位工况下小主应力分布图

13

图 5.15 该堆石坝自重+正常水位工况下最大小主应力分布图

图 5.16 该堆石坝自重+设计水位工况下最大小主应力分布图

图 5.17 该堆石坝自重+校核水位工况下最大小主应力分布图
14

图 5.18 该堆石坝自重+骤降水位工况下最大小主应力分布图

3

变形结果分析
二维非线性有限元分析得出, 该混凝土面板堆石坝竣工运行期内各个特征水位及坝

体自重的静力工况下坝体的顺河水平向位移分布形式见图 5.19~5.23,竖直向沉降位移 分布形式见图 5.24~5.28;该面板堆石坝坝体最大顺河水平向位移及最大竖直向沉降位 移及其所在部位见表 5.4 和表 5.5。 由图 5.19~5.23 及表 5.4 可知, 该混凝土面板堆石坝在各个静力工况 (各特征水位静 水压力+自重)下的顺河水平向位移为:除死水位工况外,由坝体混凝土面板中部向下 游倾斜,上游铺盖顶部(1802.5m 高程)向下游位移最大,并向下游坝趾处逐渐减小。 混凝土面板堆石坝死水位工况作用下,最大下游向位移位于面板下部(1760m 高程) , 并向下游面逐渐减小。混凝土面板堆石坝在各个静力工况(各特征水位静水压力+自重) 下基本上未产生上游向的顺河水平向位移。 由图 5.24~5.28 及表 5.5 可知, 该混凝土面板堆石坝在各个静力工况 (各特征水位静 水压力 +自重)下的竖直向沉降位移是:以面板堆石坝体的上游主堆石区中部(约为 1795m 高程)位置向四周逐渐减小,沉降量最大的部位大体上位于上游主堆石区中心部 位(约为 1795m 高程) ,会随着特征水位的提升,面板沉降量最大的部位也有所增加, 这是由于该堆石坝坝体竣工沉降完成之后蓄水由于水体浮力使得坝体最大沉降位置有 所上升。该混凝土面板堆石坝运行期各个特征水位+自重工况下坝体沉降最大值,如表 5.5 所示。 从表 5.5 中所示的坝体各个静力工况下的竖直向沉积值可以看出, 该混凝土面 板堆石坝各个结构的总体沉降量远不到坝体高度的 1%,满足实际要求的。
15

表 5.4 该堆石坝各个特征水位静力工况下坝体顺河向水平最大位移及所在部位 工况 自重+死水位 自重+正常水位 自重+设计水位 自重+校核水位 自重+骤降水位 顺河水平向位移/cm 最大值 1.13 5.21 5.52 5.68 2.94 出现部位 面板下部 1760m 高程附近 上游铺盖上部 1802.5m 高程附近 上游铺盖上部 1802.5m 高程附近 上游铺盖上部 1802.5m 高程附近 上游铺盖下部 1800m 高程附近

表 5.5 该堆石坝各个特征水位静力工况下坝体沉降最大值及所在部位 工况 竖直向沉降 最大值/cm 自重+死水位 自重+正常水位 自重+设计水位 自重+校核水位 自重+骤降水位 22.4 25.6 26.2 26.9 23.8 出现部位 上游主堆石区中部 1793m 高程处 上游主堆石区中部 1795m 高程处 上游主堆石区中部 1796m 高程处 上游主堆石区中部 1797m 高程处 上游主堆石区中部 1794m 高程处

图 5.19 该堆石坝自重+死水位工况下顺河向水平位移分布图

16

图 5.20 该堆石坝自重+正常水位工况下顺河向水平位移分布图

图 5.21 该堆石坝自重+设计水位工况下顺河向水平位移分布图

图 5.22 该堆石坝自重+校核水位工况下顺河向水平位移分布图
17

图 5.23 该堆石坝自重+骤降水位工况下竖直向沉降位移分布图

图 5.24 该堆石坝自重+死水位工况下竖直向沉降位移分布图

18

图 5.25 该堆石坝自重+正常水位工况下竖直向沉降位移分布图

图 5.26 该堆石坝自重+设计水位工况下竖直向沉降位移分布图

19

图 5.27 该堆石坝自重+校核水位工况下竖直向沉降位移分布图

图 5.28 该堆石坝自重+骤降水位工况下竖直向沉降位移分布图

20

4

小结
利用有限元软件 ANSYS 对该混凝土面板堆石坝进行各个静力工况、静动力组合工

况下的应力变形分析,得出一下结论:

1)各个施工期该混凝土面板堆石坝坝体内部应力分布较为均匀,一期坝体及竣工 期坝体应力最大值出现在坝体底部中心位置,其值约为 0.45MPa 和 0.62MPa;施工期该 堆石坝水平向位移较小,上、下游向顺河向水平位移都约为 0.7~0.9cm,竖直向沉降最 大位移均位于各期坝体顶部, 其值分别为 10.2cm, 竣工期该堆石坝坝体大主应力最大值 出现在下游反滤层底部,其值为 1.46MPa,小主应力最大值位于面板底部中心部位,其 值 0.62MPa,其坝体竖直向沉降最大值位于接近坝体中轴线偏向上游 1795m 高程处位 置,约为 19.4cm; 2)运行期各个静力工况下该混凝土面板堆石坝大主应力和小主应力最大值均位于 坝体中轴线底部,最大大主应力约为 1.48~1.61MPa,最大小主应力大约为最大大主应力 的 0.45 倍。该面板堆石坝运行期最大水平位移较小,顺河上游向水平位移约为 1.13~5.68cm,竖直向沉降位移最大值位于把中轴线上游侧约为 1795m 高程位置,其值 约为 22.4~26.9cm。该面板堆石坝的总体沉降量远小于坝体高度的 1%,是满足工程实际 要求的。

21


相关文章:
ANSYS 作业
ANSYS 作业_材料科学_工程科技_专业资料。使用有限元分析缺口应力集中系数 ***大学焊接结构及断裂分析大作业 (有限元分析)——应力集中系数计算 班级: 教师: 教授...
ANSYS作业
ANSYS作业_电力/水利_工程科技_专业资料。有 限 元 作 业 题目:面板堆石坝坝体应力变形分析 专学 业号 水利工程 20152205021 陈志强 苏志敏 学生姓名 任课教师 ...
ANSYS有限元作业(完成版)
本次作业将分三部分来完成:一,空调支 架一侧的建模;二,利用 ANSYS 对建好的空调支架模型进行有限元分 析;三,根据空调支架模型有限元分析的结果对支架进行强度...
ansys作业
ansys作业_建筑/土木_工程科技_专业资料。一、叶轮应力分析模型 5° 2.75 5 3 叶轮上的叶片个数为 18 个 叶片的宽度为 1m 叶轮基板的厚度为 0.3m 叶片两侧...
ansys作业
ansys作业_计算机软件及应用_IT/计算机_专业资料。工程有限元分析有关工程分析软件的调研 指导老师:曹银萍 薛亮 机械 1203 班 2015/6/8 201206010315 1. Ansys 软...
ANSYS作业
课程名称:ANSYS 设计题目: 院专年姓学系: 业: 级: 名: 号: ANSYS 土木工程系 西南交通大学峨眉校区 2014 年 12 月 ANSYS 作业 题目一:将截面沿路径扫掠成...
ANSYS实例作业
ANSYS实例作业_工学_高等教育_教育专区。2014~2015 学年 第 1 学期 试卷 课程名称:ANSYS 工程软件分析 考试形式: 机考 在冲压钢跳板一侧边加全位移约束,然后在...
ANSYS作业
ANSYS作业1 9页 免费 ANSYS课设作业 26页 免费 研究生ansys大作业 10页 2下载...存储有限元分析模型 点击 ANSYS Toolbar 窗口中的快捷键 SAVE_DB 模型设计尺寸:...
Ansys作业(有限元)
Ansys作业(有限元)_互联网_IT/计算机_专业资料 暂无评价|0人阅读|0次下载|举报文档 Ansys作业(有限元)_互联网_IT/计算机_专业资料。有限元大作业 学院:机械...
ansys作业
ANSYS作业 7页 8财富值 ansys作业 7页 免费 ansys-大作业 10页 5财富值 ANSYS作业 5页 20财富值 ANSYS大作业 9页 5财富值 ANSYS作业1 9页 免费 ANSYS课设...
更多相关标签:
ansys | ansys有限元分析作业 | ansys大作业 | ansys作业硅为加速度 | ansys有限元大作业 | ansys15.0安装教程 | ansys workbench | ansys17.0安装教程 |