土石坝有限元分析

土石坝有限元分析

1．问题描述

采用邓肯-张模型对土石坝施工过程和蓄水状态受力情况进行分析，选择通用有限元分析软件ANSYS作为研究平台，计算土石坝竣工期竖向方向沉降、水平方向沉降、最大主应力和最小主应力情况。坝体结构示意图如图1所示。本文主要完成以下工作：采用ANSYS内部参数化设计语言APDL编写邓肯-张模型计算材料弹性参数；使用中点增量法计算每步施工单元材料弹性参数；根据位移修正算法，编写专用程序对计算结果进行处理，获得坝体沉降云图。（本文针对每个步骤提供相应的APDL程序，方便后续研究人员进一步研究，也希望阅读本文的读者能够将自己的研究成果与大家分享。相关程序可能存在错误，笔者也未能完全认识到，仅做参考）

坝身填土 淤泥质粘土 排水棱体 全风化花岗岩

图1 坝体结构示意图

计算所采用参数详见表1所示。

仿真分析结果如下图。

图2 竖向沉降位移云图

图3 水平方向位移云图

图4 最大主应力云图

图5 最小主应力云图

仿真分析流程图如下图。

建立几何模型 划分网格 针对每次浇筑层，建立单元组件 计算地基初始弹性参数 地基初始应力场计算 使用EB模型计算弹性参数 中点增量法计算弹性参数 激活下一层土 初始应力场计算 使用EB模型计算弹性参数 否 填至坝顶 是 结束 图6 仿真分析流程图

2．关键仿真分析过程 2.1 网格划分与单元组件创建

当几何模型比较规则时，尽可能采用映射方式划分网格，网格分布规则，位移结果过渡光滑一些。一般情况下几何模型比较复杂，此时建议将截面网格尺寸设置小一些，可以设置为每次浇筑层厚度的四分之一。采用扫略的方式划分网格，扫略方向可以设置少一些网格，