基于ANSYS的碾压混凝土重力坝坝基面抗滑稳定安全性分析

碾压混凝土重力坝深层抗滑稳定研究【摘要】就我国当今常见的重力坝工程施工技术进行分析，以碾压混凝土重力坝为主的施工技术深受着人们的重视，无论是在施工技术、施工材料，还是施工观念上，都发生了翻天覆地的变化，使得整个施工流程发生了质的改变。

但是就我国早期水利工程分析，因为当初施工工艺、施工技术的不完善而引发的质量问题时有发生，给工程造成严重的质量问题，也引发了许多意料之外的安全隐患。

滑坡失稳便是这些问题中最为突出的一种，它的出现不仅给水利工程功能和耐久性造成影响，还引发了严重社会经济问题。

本文着重阐述了碾压混凝土重力坝深层抗滑稳定技术，以供有关人士参考。

【关键词】坝基；混凝土；重力坝；抗滑稳定随着社会的发展和科学技术的进步，建筑行业的发展可谓是日新月异，建筑施工技术也得到了显著的提升。

目前，人们对建筑物要求日益严格的同时，传统的工程施工技术逐渐无法满足社会经济的发展要求，并且还容易产生质量和性能影响问题。

水利工程作为建筑工程中最为特殊的存在，它在施工中亦是如此，一旦施工技术、施工方法不够合理，极容易引发结构失稳破坏，产生重大的安全隐患。

碾压混凝土重力坝作为当今水利施工建设中最为常见的一种，它在提高水利工程效率和功能方面有着至关重要的意义。

在这里我们就这些问题进行研究分析，提出有关的控制策略。

1.碾压混凝土重力坝碾压混凝土重力坝是基于常态混凝土重力坝的基础上形成的一种新型的坝体结构。

这种坝体结构在施工建设的过程中，是通过采用拌和预制、吊篮运输以及平仓振捣控制的方法来进行施工。

在施工的时候如果坝体剖面较大的时候经常都是采用分块浇筑施工的方式来进行施工，以冷却接缝灌浆技术来管理，从而保证施工的正常进行。

碾压混凝土重力坝在当今的工程施工中，随着科学技术的进步其施工方法也发生了一定的变动。

同传统的施工方法相比较，它是采用无塌落的干硬性混凝土为主进行施工的，是采用土石坝机械运输方式来进行摊铺、碾压修筑形成的坝体结构，这类坝体结构在我国的水利工程项目中应用极为广泛，尤其是在近十年时间里，无论是施工技术、施工数量还是施工规模上，都发生了显著的变化，使得这一技术得到了明显的应用。

碾压混凝土重力坝岸坡坝段侧向抗滑稳定性分析祝 青 张伟狄（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 310014） 【摘 要】在碾压混凝土重力坝设计中，坝基开挖往往受地形地质条件的限制，尤其当坝址河谷狭窄时，常会出现岸坡坝段开挖较陡的情况,岸坡坝段的侧向抗滑稳定性有可能无法满足规范要求，需采取并缝处理等工程措施来提高岸坡坝段整体抗滑稳定性。

本文通过国内某碾压混凝土大坝工程实例，对比计算其岸坡坝段采取并缝处理措施和未采取并缝处理措施两种情况下的侧向抗滑稳定性，可看出对于开挖较陡的岸坡坝段，通过采取并缝处理的工程措施可有效解决侧向抗滑稳定性问题。

【关键词】碾压混凝土重力坝；侧向抗滑稳定分析；有限单元法；安全度中图分类号：TV641.2+1 文献标识码：A 文章编号：1006-8465（2015）12-0153-02国内某工程大坝坝型采用碾压混凝土重力坝，坝顶高程185.50m，最大坝高74.5m。

坝顶长度181.25m，其中溢流坝段长51.00m。

左岸1#～4#为挡水坝段，5#～6#为溢流坝段，右岸7#～9#为挡水坝段。

大坝上游立视图见图1。

由于坝址河谷狭窄，两岸地形坡度均较陡，受地形条件限制，大坝岸坡坝段开挖较陡。

左岸1#~4#坝段坝基平台均较宽，不存在侧向稳定问题。

右岸8#坝段最大坝高54.5m，坝段宽27.0m。

在高程131m、147.5m、164m设3级平台，平台总宽10.1m，平台宽度约为坝段宽的1/2，8#坝段岸坡坡度为1:0.3，开挖较陡，单个坝段的侧向抗滑稳定性有可能不满足规范要求，为提高岸坡坝段的整体抗滑稳定性，6#、7#和8#坝段间设短缝，8#和9#坝段间设横缝。

为了验证6#~8#坝段设置短缝的必要性，同时对大坝岸坡坝段整体侧向稳定性做出评价，本文对岸坡坝段和坝基建立有限元模型进行数值计算，分析坝体的应力、位移状态，再在此基础上计算坝体与基岩接触面上的安全度，据此判断岸坡坝段的侧向抗滑稳定性。

基于有限元法的混凝土重力坝抗滑稳定分析方法
张彬洪;姚激;李泽;王文全
【期刊名称】《水利与建筑工程学报》
【年(卷),期】2010(008)001
【摘要】混凝土重力坝抗滑稳定分析方法较常用的方法是抗剪断安全系数法,该方法忽视了坝体与基岩的应力应变关系,使接触面上的阻滑力与滑动力的计算结果存在一定的误差,导致抗滑稳定安全系数存在较大误差.利用有限单元法,在充分考虑坝体所受到的各种荷载及复杂的地质条件下,计算重力坝与基岩接触面上的阻滑力和滑动力,再利用抗剪断安全系数法对重力坝的抗滑稳定进行计算.得到了更为准确的能反应重力坝抗滑稳定的安全系数.分析结果表明,利用有限元法能够准确计算重力坝与基岩接触面上的阻滑力和滑动力,为重力坝抗滑稳定分析及评价提供了可靠依据.
【总页数】3页(P62-64)
【作者】张彬洪;姚激;李泽;王文全
【作者单位】武汉大学,水利水电学院,湖北,武汉,430072;广东水电二局股份有限公司,广东,增城,511340;昆明理工大学,工程力学系,云南,昆明,650051;昆明理工大学,工程力学系,云南,昆明,650051;昆明理工大学,工程力学系,云南,昆明,650051【正文语种】中文
【中图分类】TV642.3
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碾压混凝土重力坝抗震安全性评价
姚玮;王树和;袁骥;张城
【期刊名称】《吉林建筑大学学报》
【年(卷),期】2016(033)003
【摘要】重力坝安全评价分为抗滑稳定评价和强度安全评价,本文采用分项系数法计算碾压混凝土重力坝各个滑动面的安全系数,利用ANSYS软件建立三维有限元模型,通过时程分析法分析重力坝在地震作用下关键坡折处的应力.计算结果表明：在设计地震作用下,碾压混凝土重力坝各层面安全系数均大于1,满足抗滑稳定要求;坝头坡折处应力较大,是抗震薄弱部位.基于计算的结果,能为实际工程提供参考价值.【总页数】4页(P13-16)
【作者】姚玮;王树和;袁骥;张城
【作者单位】[1]北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;[2]中国建筑科学研究院,北京100013;[3]中国建筑技术集团有限公司,北京100013;[4]中水珠江规划勘测设计有限公司,珠江510610
【正文语种】中文
【中图分类】TU312.1
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基于ANSYS的重力坝三维静动态结构分析目录1 引言 (1)2 工程概况 (1)3 基本资料 (1)3.1 反应谱 (1)3.2 材料参数 (2)3.3 规范要求 (2)4 分析简介 (4)4.1 分析模型 (4)4.2 边界条件 (6)4.3 荷载工况 (6)5 计算成果 (7)5.1 工况一 (7)5.2 工况二 (8)5.3 工况三 (10)5.4 工况四 (11)5.5 工况五 (12)5.6 工况六 (14)5.7 结果总结及分析 (15)6 结论及建议 (17)7 分析命令流 (17)1 引言重力坝是我国高坝中的主要坝型，在防洪、发电、灌溉、城镇供水、航运、养殖和旅游等方面发挥了巨大的作用，取得了显著的经济效益和社会效益。

众所周知，重力坝主要依靠其自身的重力来维持稳定，其坝体体积大，稳定性好。

但由于各种原因，仍有可能失事。

因此，重力坝的应力应变状态和坝基稳定性一直都是设计和施工十分重视的问题。

此外，大坝多建于地震频发的地区，因而对重力坝进行地震荷载作用下的安全评估也十分必要。

本次作业采用有限元方法，运用大型通用有限元分析软件ANSYS，对简化的三维重力坝的线弹性模型在静动力工况下进行有限元计算，并对结果加以分析，最后给出安全评价结论及建议。

2 工程概况某水电站是以发电为主，兼有防洪，航运等综合效益的水电枢纽工程。

该工程枢纽总体布置采用砼重力坝挡水，大坝基本坝剖面为上游坝坡铅直，下游坝坡为1:0.75。

坝顶总长270m，坝高180m，坝顶宽18m，坝底宽139.5m，正常蓄水位170m。

重力坝坝低至坝高100m之间使用坝体混凝土Ⅱ，坝高100m至坝顶之间使用坝体混凝土Ⅰ。

上游正常蓄水位为170m，下游无水。

3 基本资料3.1 反应谱谱分析是一种将模态分析的结果与一个已知的谱联系起来计算结构的位移和应力的分析技术。

在土木工程动力响应分析中，谱分析代替时间-历程分析，特别是抗震分析，主要用来确定结构对随机荷载或随时间变化荷载的动力响应。

重力坝坝基深层抗滑稳定性分析【摘要】结合碾压混凝土重力坝工程实例，运用有限元法对坝基深层抗滑稳定性进行分析，计算方法采用强度储备系数法，通过模拟坝基失稳的渐进破坏过程，分析认为大坝整体具有一定的强度储备安全系数，能够满足大坝整体抗滑稳定性的要求，其计算成果可为工程设计提供一定的参考。

【关键词】碾压混凝土重力坝；有限元法；强度储备系数法；抗滑稳定重力坝深层抗滑稳定问题的研究十分困难，因为岩体是一种不连续体，内部断层、裂隙等结构面的产状、特性、分布和切割组合关系十分复杂，这些结构面的组合，特别是缓倾角的断层控制着大坝的稳定和安全。

目前高混凝土重力坝抗滑稳定分析方法有多种，较经典的研究方法[1]是刚体极限平衡法、模型试验法、有限单元法等。

本文采用有限元法对某重力坝岸体—坝基系统失稳的渐进破坏过程进行了模拟，并利用不同的判别方式计算坝基的抗滑稳定安全系数。

该电站坐落于云南省境内金沙江中游的河段上，是以发电为主的大型水利工程枢纽，为碾压混凝土重力坝，最大坝高160m，河中设置坝后式厂房，大坝正常蓄水位1418m。

1.地质条件根据地勘资料，该枢纽区岩层呈单斜构造。

坝段处基岩构造表现为断裂构造，断层等破裂结构面较为发育。

对于坝基存在着的t1b和t1a凝灰岩夹层，坝轴线部位t1b最小埋深40m,距建基面约25m，该层未发现错动及泥化的迹象，但对坝基深层抗滑稳定性有一定的影响。

坝基地质剖面图见图1。

图1坝基地质纵剖面图2.计算模型由于坝基地质构造的复杂性[2][3]，有限元建模过程中对其进行适当简化，坝基主要包含玄武岩、裂面绿石化岩及凝灰岩夹层，坝体浅层的块裂和碎裂裂面绿泥石化岩体抗剪强度和变形模量较低，在计算中需重点分析，利用三维绘图软件CATIA及有限元软件进行模型的构建和数值分析，计算模型网格采用八结点六面体C3D8单元。

岸坡坝段群坝体与地基网格计算模型见图2.1-2.2。

岸坡坝段群整体模型的单元总数为10039个，结点总数11759个，其中坝体单元数目2669个。

基于Ansys对于坝体的研究分析报告坝体及相关建筑在使用过程中，会承受如重力、净水压力、淤泥荷载、浪压力、扬压力等各种作用，而我们在设计、建造这个建筑之前，要分析其产生的应力、应变进而选取材料和校核材料的安全性。

为分析所需，基于Ansys软件建立相应的模型，并施加荷载和作用，在三种工况下校核结构的安全性。

一：分析对象1：坝体的几何参数：2：基岩的几何参数：二：作用及荷载（1） 约束基岩左右两端受x 方向的位移约束，基岩下端受x 、y 两个方向的位移约束。

（2）静水压力正常蓄水位高程91.75m ，防洪高水位97m ，校核洪水位101m 。

对应下游水位分别为15m ，20m 和25m 。

（3）泥沙荷载坝前泥沙淤积高程： 25m 。

坝前泥沙浮容重：6.0kN/m 3，淤沙内摩擦角：12°。

坝面上单位宽度上的泥沙压力为221(45)22s sk sb s p h tg ϕγ=︒- 式中： sk p ——淤沙压力标准值（KN/m ）；sb γ——泥沙的浮容重，取6kN/m 3；s h ——泥沙淤积深度（m ）；s ϕ——淤沙的内摩擦角，12°。

（4）浪压力50年一遇计算风速21m/s ，多年平均最大风速14m/s ，有效吹程1km 。

（5）扬压力取渗透压力强度系数α＝0.25，帷幕中心线坐标X=10m 。

三：选用单元及划分网格1) 单元选择：Solid –Quad 4node 422) 材料参数：坝体和基岩分别设置，见上图。

3) 划分网格：坝体部分-外围线按1m 每格划分，整体按自由网格划分。

基岩部分-靠近坝体网格密集，坝基面水平线上基岩外围线按20份、4的比率划分；垂直地表的按20份、0.25的比率划分；基底均分。

整体基岩自由网格划分。

四：三种工况的具体Ansys设置1)正常蓄水位（其中括号内为承载能力极限状态时的分项系数）上游水位高程为91.75m，下游水位高程为15m。

（1）上下游静水压力（分项系数为1.0）gradient 斜率为-9810 沿y轴方向，分别取91.75m和15m在各自位置。

0引言碾压混凝土采用分层浇筑，水平向防渗性能相差较大，是防渗的薄弱环节。

碾压混凝土坝坝体防渗一般采用常态混凝土防渗层、变态混凝土防渗层的防渗结构，其可靠性至关重要。

施工中，碾压混凝土层面若存在骨料架空、层面胶结不良和透水率大等质量问题，运行中则可能出现坝体混凝土溶蚀、析钙、坝体渗透压力升高或混凝土腐蚀等危害，影响结构安全。

某工程水库蓄水后，坝体层面渗透压力与气温相关性较好，冬季渗透压力明显增大，渗压系数达到0.8以上。

笔者基于坝体渗压实测值，采用材料力学法，对坝体层面抗滑稳定进行复核计算，为评价大坝坝体抗滑稳定提供参考依据。

1工程概况及坝体防渗结构设计1.1工程概况某水电站大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高31.5m ，最大坝基宽度28.675m ，坝顶长216m ，分为8个坝段。

上游面直立，防渗层采用0.5m 厚的富胶凝材料变态混凝土，防渗标号W8，下游面464.20m 高程以上直立，464.20m 高程以下坝坡1∶0.75。

坝体典型断面见图1。

图1坝体典型断面图Fig.1Typical section of dam为增加大坝的抗滑稳定性，在大坝下游坝坡与1号、2号公路之间的深槽底部3.5m 回填混凝土，某碾压混凝土重力坝层面抗滑稳定分析吴伟（国家能源局大坝安全监察中心，浙江杭州，311122）摘要：碾压混凝土坝的水平层面是影响碾压混凝土坝强度、稳定和渗流的关键部位。

针对某运行期坝体渗透压力较大的碾压混凝土重力坝，结合坝体渗透压力实测值，采用材料力学法和现行业规范NB/T 35026-2014《混凝土重力坝设计规范》对坝体层面抗滑稳定进行复核。

计算结果表明，对于坝高较小的碾压混凝土坝，坝体层面渗压对坝体层面抗滑稳定影响较小，坝体抗滑稳定的富裕度较高。

关键词：碾压混凝土坝；层面渗压；现场检查；抗滑稳定Title:Analysis of anti-sliding stability on a RCC gravity dam layer//by WU Wei //Large Dam Safety Su⁃pervision Center of National Energy AdministrationAbstract:The horizontal layer is the key part that affects the strength,stability and seepage of a RCC dam.For a RCC gravity dam with high seepage pressure during operation period,combined with the measured values of seepage pressure in dam body,the anti-sliding stability on dam layer is reviewed byuse of material mechanics method and current industry standard Design Specification for Concrete Gravi⁃ty Dams .The calculation results show that for the RCC dam with a small dam height,the seepage pres⁃sure on dam layer has little influence on the anti-sliding stability,and the redundancy of anti-sliding stability is high.Key words:RCC dam;seepage pressure on layer;on-site inspection;anti-sliding stability中图分类号：TV642.3文献标志码：B文章编号：1671-1092（2021）01-0050-048000R 200防浪墙▽475.400▽474.200▽464.2000+008.000▽456.001∶0.752000▽442.800▽440.800▽439.300正常蓄水位▽471.500原地面线▽440.000三级配RCC三级配RCC常态混凝土R 2000+000.000坝轴线碾压堆石（弃碴料）1号公路By WU Wei:Analysis of anti-sliding stability on a RCC gravity dam layer其上18.7m回填碾压堆石。

基于ANSYS软件的混凝土重力坝分析重力坝的优点：（1）比较好建造，对环境要求也不高；（2）工作效果很好；（3）运行相当安全；（4）泄洪方便，导流容易；（5）受力明确，结构简单。

不足的地方：重力坝工作特点，是依靠自重的作用，来维持重力坝本身的稳定，所以防滑这部分的工作就显得尤为重要。

我们可以通过使用ANSYS、ADINA、Abaqus、MSC等有限元分析软件，对混凝土重力坝进行检测与分析。

文章中主要是用ANSYS分析重力坝，然后根据分析的结果对重力坝坝型进行完善。

标签：ANSYS；有限元分析软件；重力坝Abstract：The advantages of gravity dam：better construction，the environmental requirements are not high，the work effect is very good，the operation is very safe，flood discharge is convenient，the diversion is easy，the force is clear，the structure is simple. The insufficient place：the gravity dam work characteristic，is relies on the self-weight the function，maintains the gravity dam itself the stability，therefore the non-slip this part of work appears to be particularly important. We can use ANSYS，ADINA，Abaqus，MSC and other finite element analysis software to detect and analyze the concrete gravity dam. In this paper，the gravity dam is analyzed by ANSYS，and then the gravity dam type is perfected according to the analysis results.Keywords：ANSYS；finite element analysis software；gravity dam引言重力坝[1]具有很悠久历史，二十世纪以来，随着计算机的发展、筑坝材料的更新、机械化程度的提高、自动化程度的提高等因素影响下，重力坝的结构设计与布局也逐步趋于现代化。

重力坝地基抗滑稳定性分析摘要该文阐述了重力坝的结构特征和工作特点，着重分析了坝体沿坝基面及坝基内深层软弱结构面或岸坡坝段等的抗滑稳定安全度，对研究重力坝地基稳定性有十分重要的意义。

关键词重力坝；地基；抗滑稳定分析1重力坝的结构特征与工作特点1.1结构特征重力坝基本形状呈三角形，上游面铅直或稍倾向上游，坝底与基岩固结，建成挡水后，依靠自重维持稳定，故称重力坝。

在平面上，坝轴线（坝顶上游边缘线）一般为直线，有时为避开不利的地形地质条件或枢纽布置等原因，也可为折线或曲率不大的拱向上游的曲线[1]。

沿坝轴线坝体用横缝分成若干独立坝段，每一坝段为固结于地基上的悬臂梁。

筑坝材料为混凝土或浆砌石，抗冲能力强。

因此，重力坝可做成非溢流的，也可做成溢流和坝身设有泄水孔的。

1.2工作特点（1）由于筑坝材料强度高，耐久性好，抵御洪水漫顶、渗漏、冲刷、地震破坏的能力强，因而失事率低，工作安全性可靠。

（2）对地质、地形条件适应性强。

由于坝底压应力不高，对地质条件要求较低，一般建于基岩上，当坝高不大时，甚至可以修建于土基上；从地形上看，任何形状的河谷都可建重力坝。

（3）由于重力坝可做成溢流的，也可在坝内设置泄水孔，故一般不需要另设溢洪道或泄水隧洞，枢纽布置紧凑。

工程分2期施工，可利用坝体导流，不需另设隧洞。

（4）结构作用明确。

由于横缝将重力坝分成若干坝段，各坝段独立工作，结构作用明确，空间结构可化简为平面问题分析，应力分析和稳定计算都较简单。

（5）施工方便。

坝体为大体积混凝土，可采用机械化施工，放样、立模和混凝土浇捣都较简单。

（6）由于坝体剖面尺寸往往由稳定和坝体拉应力强度施工条件控制而做得较大，材料用量多，坝内压应力较低，材料强度不能充分发挥。

且坝底面积大，因而扬压力也较大，对稳定不利。

（7）因坝体的体积较大，施工期间混凝土温度收缩应力较大，为防止发生温度裂缝，施工时需适当控制对混凝土的温度。

2重力坝的抗滑稳定分析2.1沿坝基面的抗滑稳定分析常用的抗滑稳定安全系数计算公式有2种，即抗剪断强度公式和抗剪强度公式[2]。