三维心墙堆石大坝应力分析

1. 问题描述

某心墙堆石坝高100m，坝顶宽10m，坝顶长300m，上、下游坡比1:2；心墙顶宽6m，心墙的坡比为1:0.2.大把的平面图如图1所示，x轴指向下游，y轴指向左岸，z轴向上。大坝左右对称，控制截面有2个，形状如图2所示。

                                                                      图1   大坝平面图

                                                                     图2    大坝控制截面

    2.材料属性

材料              弹性模量/MPa              泊松比

堆石                 100                             0.3

心墙                  20                             0.33

   3.载荷、边界

          选择整个大坝作为载荷施加区域，在分量3，即z向填入-20kpa，代表竖向体力载荷向下，如图3所示。

 

                                                                       图3   大坝体力载荷

              约束模型底部x、y、z 3个方向的位移，约束左、右两岸坝轴线方向（y向的位移），如图4。

        

                                                                      a）  模型底部约束

                                                                       b）  y向约束

                                                                 图4  大坝边界条件

      4. 网格划分

       单元类型选择C3D8R，全局种子密度设为5，网格如图5所示。

                                                               图5   大坝有限元网格划分

    5. 结果分析与结论

     （1） 由图6可见，大坝应力分布有较好的规律：离开坝面距离越远，应力值越高。

     （2）由于坝壳和心墙的模量差异，小主应力等值线（岩土工程中的大主应力）在心墙和坝壳之间呈驼峰状分布，即出现了“拱效应”。

    （3）竖向位移心墙处较大，两侧较小。

    

                                  

                                                            图6   结果云图

附：

计算机性能：

计算耗时：