堆石料亚塑性本构模型及面板堆石坝数值分析堆石料是面板堆石坝的受力支撑体系,其受力变形特性在很大程度上决定了大坝的工作性态。
本文在堆石料工程特性分析研究的基础上,对其进行全新的亚塑性本构建模,结合理论分析和数值计算,指出该模型能够反映堆石料的主要力学特性,且又有自身特色,一些特有的研究成果对堆石坝进一步的应力变形分析研究具有一定的指导意义。
具体研究了以下主要内容: (1) 分析了堆石料的压缩性,抗剪特性及其变形机理,概括了堆石料的非线性、压硬性、剪胀性和各向异性等主要力学特性,为亚塑性本构建模奠定了力学分析基础。
此外,对常规堆石料的本构模型进行了概括比较分析。
(2) 系统地介绍了亚塑性本构理论的起源、发展和目前国内外研究现状。
给出了亚塑性理论的数学力学基础理论,分析了亚塑性模型的一般表达形式及其基本力学特性。
(3) 分析研究了散粒体材料的孔隙比变化规律。
结合堆石料的力学特性分析,将Gudehus-Bauer亚塑性模型作一些改进后引入到堆石料本构建模中。
理论分析和计算都表明,该模型能够反映堆石料的主要力学特性。
此外,针对改进模型的9个材料常数中部分参数确定较困难的现象,建议了一种基于部分试验数据和反演分析基础上的参数确定的复合识别法,可方便地确定堆石料亚塑性模型的本构参数。
(4)对几种常规室内土工试验进行了亚塑性数值模拟,结合计算结果对亚塑性模型做了进一步的力学特性分析研究。
(5)开发研制了改进的堆石料Gudehus-Bauer亚塑性模型的有限元法计算程序,将其应用于堆石坝数值分析计算中,得到了一些有意义的新的研究成果。
(6)总结了面板堆石坝三维非线性有限元法计算的基本理论。
(7)对堆石料的流变性采用粘性-亚塑性理论进行了初步建模分析。
建立了基于亚塑性理论的面板与垫层之间的新型接触面模型。
混凝土面板堆石坝的应力应变有限元法分析摘要：通过采用有限元方法分析面板堆石坝的应力应变，可得出其分布规律，我们在设计过程中将不可避免地遇到一些问题，最后对面板堆石坝设计提出了一些建议。
关键词：堆石坝；应力应变；有限元分析1 概述1.1 面板堆石坝混凝土面板堆石坝是在堆石体上游坡设置混凝土薄板作为防渗体的堆石坝(简称面板坝)，是近年来发展较快的一种坝型，与常规的土石坝相比，它具有以下特点：可以充分利用当地材料，大量节省三材及投资；坝体结构简单，施工干扰少，便于机械化施工作业；施工受气候条件的影响小，年工作日数增加，可使工期缩短；运行安全，维修方便，导流简单，适应性广。
1.2 应力应变有限元(1) 有限元。
有限元是近似求解一般连续问题的数值方法，目前已运用于结构、热传导、电磁场、流体力学等连续问题的应力分析。
非线性问题的有限元分析是根据非线性应力应变关系，把他逐段地化为一系列线性问题，用迭代法求解，线性分析是非线性分析的基础。
非线性问题主要有两种：其一为由材料非线性特性引起的即材料非线性；其二为结构的大变形所引起的即几何非线性。
(2) 面板堆石坝的有限元分析。
面板堆石坝是一种新兴的坝型，在对其进行设计时，除了应进行稳定及渗流分析外，还必须分析其应力和变形。
坝体的沉降和面板的裂缝是面板堆石坝普遍存在的问题，如未对其进行应力和变形分析，恐怕难以正确估计沉降的大小及裂缝的开展。
同时，有了对面板堆石坝应力和变形的全面分析，也可更好地分析坝体的稳定性。
但长期以来，对面板堆石坝的应力和变形分析多数采用的是线弹性假定的阶段：计算沉降变形用分层总和法；分析应力用单位面积的岩石和面板的重量表示竖直正应力(或是用契性体的弹性理论公式)。
而实际上，岩石与混凝土并非线弹性的，岩石与混凝土的应力应变关系具有明显的非线性特性。
随着计算机的广泛应用及有限元法的进一步发展，对土石坝作非线性分析才成为现实。
目前，在土石坝中多采用的是增量法，即将全荷载分为若干级荷载增量，在每级荷载增量下，假定材料是线弹性的，从而解得位移、应变和应力的增量。
关于混凝土面板堆石坝几个问题的探讨杨启贵;谭界雄;周晓明;高大水【摘要】现代面板堆石坝以其独特的优越性在我国得到了广泛应用，但同时其病害率偏高，且病害检查及加固处理均存在一定困难，给面板堆石坝的发展带来不利影响。
结合国内外面板坝设计及病害处理的丰富实践，对设计加固中的几个问题展开了探讨，提出如下建议：面板坝坝前辅助防渗铺盖可以取消，以便开展水下检查及加固；需要设置放空设施；周边缝宜取消中间止水同时加强顶部止水的防渗作用。
%Modern CFRD construction has developed rapidly in China due to its unique advantages , however the CFRD con-struction is restrained by high disease ratio and difficulties in danger inspection and treatment , which affects its future progress . Combing with the plentiful engineering practice of CFRD construction at home and abroad , we carry out discussion about several issues in CFRD construction , and put forward the following suggestions:the auxiliary water-proof blanket at dam front could be removed to facilitate the underwater inspection and reinforcement;the water empty facility is required , and the Intermediate water sealing in peripheral joint could be removed while the top water sealing should be strengthened .【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2016(047)014【总页数】5页(P56-59,89)【关键词】防渗铺盖;放空设施;止水结构;面板堆石坝【作者】杨启贵;谭界雄;周晓明;高大水【作者单位】长江勘测规划设计研究院，湖北武汉430010; 国家大坝安全工程技术研究中心，湖北武汉430010;长江勘测规划设计研究院，湖北武汉430010; 国家大坝安全工程技术研究中心，湖北武汉430010;长江勘测规划设计研究院，湖北武汉430010; 国家大坝安全工程技术研究中心，湖北武汉430010;长江勘测规划设计研究院，湖北武汉430010; 国家大坝安全工程技术研究中心，湖北武汉430010【正文语种】中文【中图分类】TV641.4我国自20世纪80年代开始引进现代筑坝技术建设面板堆石坝，至今已有30 a。
第27卷 第3期 岩 土 工 程 学 报 Vol.27 No.32005年 3月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Mar., 2005 面板堆石坝挤压式边墙的概化数值模型及应用A simplified equivalent numerical model of extrusion-sidewallfor CFRD and its application张建民，张 嘎，刘 芳（清华大学 岩土工程研究所，北京 100084）摘 要：基于对挤压式边墙实际结构及工作性态分析，从合理性和简单性原则出发，建立了用于面板堆石坝应力位移有限元分析的挤压式边墙概化数值模型。
该概化模型由等效板和等效接触面组成，分别采用了线弹性模型和清华接触面弹塑性损伤模型加以描述，其参数易于确定。
采用该模型对某面板堆石坝应力变形进行了二三维有限元分析,并与原状模拟分析结果进行了对比。
结果表明，概化数值模型能够合理地描述挤压式边墙的实际力学特性，且计算量较小，适用于面板堆石坝的应力变形有限元分析。
关键词：挤压式边墙；面板堆石坝；有限元；接触面；模型中图分类号：TU 43文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2005)03–0249–05作者简介：张建民(1960–)，男，工学博士，教授，主要从事岩土工程的教学科研工作。
ZHANG Jian-min, ZHANG Ga, LIU Fang( Institute of Geotechnical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: A new equivalent numerical model was developed for evaluating the behavior of extrusion-sidewall adopted in CFRD (Concrete-Faced Rockfill Dam) and particularly its effect on the stress-deformation behavior of the concrete slab. It is composed of an equivalent plate and an equivalent interface. The equivalent plate is assumed to be linearly elastic and thus it is described with a linearelastic constitutive model. The equivalent interface is described with the Tsinghua elasto-plasticity damage interface constitutive model. Allthe model parameters can be easily determined. The equivalent numerical model was applied to two and three dimension FEM analysis of apractical CFRD. The results show that the equivalent numerical model and related numerical analysis method is effective to simplify thestress-deformation evaluation of CFRD adopting extrusion-sidewall technology with a sufficiently good degree of accuracy.Key words: extrusion-sidewall; slab-faced rock-fill dam; FEM; interface; model0 前 言面板堆石坝施工中采用的挤压式边墙（又简称作挤压墙，下文按简称）技术具有保证垫层料压实质量、提高坡面防护能力、加快施工进度等优点，因此自巴西伊塔面板堆石坝首次在上游坡面施工中采用之后[1]，很快受到了国际坝工界的重视和推广。
