Autobank软件在面板堆石坝应力应变计算中的应用

摘要：混凝土面板坝应用广泛，筑坝材料主要有混凝土面板、堆石等。堆石材料的应力――应变为非线性关系。通过auobank建立二维有限元模型，较好的计算了坝体的应力和应变，为水利水电工程技术人员计算分析中低型面板堆石坝的应力应变提供了极大的便利。

关键词：面板堆石坝有限元应力应变

中图分类号：TV641文献标识码： A

1.前言

面板堆石坝是我国应用十分广泛的一种坝型，应力应变是面板堆石坝研究的一个重要课题。据调查统计，面板堆石坝的应力变形破坏占据较大的比例。随着有限元技术的成熟，有限元法成为了面板堆石坝应力应变分析的主要数值方法，已经可以比较准确的计算面板堆石坝的应力应变。但由于其边界条件复杂、模型建立困难，且现行规范对中、低坝的三维有限元计算应力应变并未做强制性要求，因此，简单、快捷、准确的对中、低坝的应力应变进行计算分析是十分有必要的。Autobank软件是河海大学研发的一款专门针对水工结构稳定、渗流和应力应变计算的软件，在其应力应变计算模块中，定义有邓肯非线性弹性材料，具有专门的有限元模拟计算功能，能够得到令人满意的结果。

2.软件应用方法[1]

Autobank软件针对面板堆石坝中堆石的本构模型推荐采用邓肯E～B模型，软件的应用按以下程序：①启动autobank（与之关联的CAD软件也相应启动），进入程序主界面。②建模。在软件主界面内建立模型，定义各种材料参数，其中混凝土面板和趾板为线性弹性材料；堆石、垫层和过渡层为邓肯E～B模型材料，需相应输入加载弹模基数K、破坏比Rf、凝结力c、摩擦角φ、加载弹模指数n、卸载弹模基数Kur、容重γ、体积弹模基数Kb、体积弹模指数m、摩擦角随小主应力减少系数DFy；定义接触面参数。③单元划分。可以采用半自动和全自动2种网格划分方法，本文采用半自动网格划分方法。④荷载与约束。施加填筑荷载、位移约束和渗透力荷载。⑤保存图形文件，生成数据文件。⑥求解。⑦后处理。查看应力应变计算结果，包括坝移图、应力分布图、面板最大扰度等。

3.计算实例

针对某水库工程混凝土面板堆石坝断面与计算参数，采用autobank软件进行应力应变计算。根据土工实验，坝料的邓肯―张模型（E-B）参数详见下表。坝基主要为花岗岩地基，弹性模量4×104KPa。在autobank主界面中建模如图1，根据半自动网格采用四边形网格划分。

坝料的邓肯―张模型（E-B）参数

图1面板坝网格划分

计算工况为蓄水期，计算结果如图2～5，根据计算结果，蓄水期坝体中大主应力的最大值为913.74KPa，小主应力的最大值为317.43KPa。在蓄水期，由于水荷载的作用，上游坝体上部的主应力等值线略有上抬，由此表明在水压力作用下上游坝体中上部的主应力略有增加，下部受渗透力的作用，主应力略有降低。蓄水产生的面板最大扰度为6.25cm。

图2坝体蓄水期最大主应力分布（KPa）

图3坝体蓄水期最小主应力分布（KPa）

图4坝体蓄水期应力水平分布

图5蓄水期面板扰度曲线

4.结语

根据上述实例分析，autobank软件可以较好的模拟混凝土面板堆石坝的断面，且计算结果基本合理，可为面板坝的断面优化设计提供可靠的计算依据，从而合理的设计面板坝断面。Autobank软件与autocad同界面直接使用，为计算面板坝应力应变提供了极大的便利，非常利于水利水电工程技术人员。

参考文献

[1]河海大学工程力学研究所，水工结构有限元分析操作系统指南.

[2]傅志安，凤家骥.混凝土面板堆石坝.1993.华中理工大学出版社.

[3]何江达，谢红强，王启智，尹航，肖明砾.不同介质接触面单元切向劲度系数的敏感性分析[A].四川大学学报（工程科学版）.2009年3月.

第一作者简介：王海波，(1981.04.25)，男，湖北人，硕士研究生，工程师，湖北省水利水电规划勘测设计院，主要从事工程设计工作。

第二作者简介：胡超，(1978.12.23)，男，湖北人，本科生，工程师，湖北省水利水电规划勘测设计院，主要从事工程设计工作。

第三作者简介：陈建霞，(1962.06.12)，女，湖北人，湖北省水利水电规划勘测设计院，主要从事水利工程规划设计工作。