[發明專利]塑性混凝土心墻

有效

• 申請號: 201611155239.1
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106599468B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 楊菊;白楊清;謝菱;余躍;段吉鴻;殷林海;夏權斌;陳成;李國紅
• 申請（專利權）人: 紅河哈尼族彝族自治州水利水電工程地質鉆探隊
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

本發明涉及一種采用非線性有限元方法對塑性混凝土心墻土石壩的心墻的幾何厚度進行優化，從而確定土石壩工程中最合理厚度心墻的設計方法，屬于水工結構工程應用研究領域。本發明首先根據塑性混凝土心墻土石壩的體型設計圖，用大型有限元軟件ABAQUS建立不同幾何厚度心墻的土石壩最大斷面的二維計算模型；對塑性混凝土心墻與土石壩的壩殼料相接之處采用有限元的接觸單元進行模擬，分析正常運行工況下土石壩的不同厚度塑性混凝土心墻所承受的最大抗拉力及最大水平剪應變，并以此作為心墻厚度優化設計的控制指標，從而確定塑性混凝土心墻土石壩工程中既滿足工程要求有經濟合理的心墻幾何厚度。本發明理論明確、便于理解、計算簡單，采用非線性有限單元法研究了塑性混凝土心墻土石壩中心墻的最優化幾何厚度，無論在土石壩工程的設計及施工方面，還是在工程經濟方面都有極為重要的意義。

技術領域

本發明涉及一種采用非線性有限元方法對土石壩的塑性混凝土心墻的幾何厚度進行優化，從而確定土石壩工程中心墻最合理厚度的設計方法，屬于水工結構工程應用研究領域。

背景技術

在土石壩中加入塑性混凝土心墻是為使壩體的防滲性能滿足要求，但是當塑性混凝土心墻滿足強度及變形要求的同時，應該也滿足經濟上的合理性，為使塑性混凝土心墻土石壩工程在滿足工程要求的基礎上盡量節約投資，因此，本發明是更精確的確定土石壩工程中塑性混凝土心墻的最合理厚度，為大壩設計提供更有利的依據。

發明內容

本發明涉及一種采用非線性有限元方法對塑性混凝土心墻土石壩的心墻的幾何厚度進行優化，從而確定土石壩工程中最合理厚度心墻的設計方法，屬于水工結構工程應用研究領域。本發明首先根據塑性混凝土心墻土石壩的體型設計圖，用大型有限元軟件ABAQUS建立不同幾何厚度心墻的土石壩最大斷面的二維計算模型；對塑性混凝土心墻與土石壩的壩殼料相接之處采用有限元的接觸單元進行模擬，分析正常運行工況下土石壩的不同厚度塑性混凝土心墻所承受的最大抗拉力及最大水平剪應變，并以此作為心墻厚度優化設計的控制指標，從而確定塑性混凝土心墻土石壩工程中既滿足工程要求有經濟合理的心墻幾何厚度。

1、本發明是一種采用非線性有限元方法對土石壩的塑性混凝土心墻的幾何厚度進行優化，從而確定土石壩工程中心墻最合理厚度的設計方法，其具體步驟如下：

Step1、根據塑性混凝土心墻土石壩的設計圖，利用ABAQUS軟件建立不同厚度心墻的土石壩最大斷面的二維有限元模型，其中上下游壩殼、塑性混凝土心墻及部分地基。在該有限元模型中，上下游壩殼采用土體的鄧肯張本構模型，混凝土心墻、灌漿帷幕采用線彈性本構模型、強風化地基巖石采用D-P巖石本構模型，弱風化及未風化地基巖石采用線彈性本構模型，并且對于塑性混凝土心墻與壩殼料相接觸之處采用接觸單元進行模擬；

Step2、利用ABAQUS的U-mat二次開發的外接口接入土體的鄧肯張本構模型程序，對Step1中的不同心墻厚度的土石壩進行正常運行工況下的分析，得出不同厚度心墻承受的最大抗拉力和最大水平剪應變及其所出現的部位；

Step3、對Step2中得出的不同厚度心墻所承受的最大拉應力及最大水平剪應變進行心墻厚度-最大拉應力函數擬合分析及心墻厚度-最大水平剪應變函數擬合分析，從而確定既滿足工程要求有經濟合理的心墻厚度。

2、根據權利要求1所述的采用非線性有限元方法對土石壩的塑性混凝土心墻的幾何厚度進行優化，從而確定土石壩工程中心墻最合理厚度的設計方法，其特征在于：所述步驟Step1中根據塑性混凝土心墻土石壩的設計圖，建立塑性混凝土心墻土石壩最大斷面的二維ABAQUS有限元模型，并且根據采用土石壩的設計圖進行不同材料分區確定壩體不同部位（包括地基）的材料屬性。

3、根據權利要求1所述的采用非線性有限元方法對土石壩的塑性混凝土心墻的幾何厚度進行優化，從而確定土石壩工程中心墻最合理厚度的設計方法，其特征在于：所述步驟Step1中對不同厚度的心墻土石壩進行非線性有限元分析時，對塑性混凝土心墻與土石壩壩殼料相接觸的部位采用ABAQUS自帶的能夠切向運動而不能法向相互貫入的接觸單元進行模擬。