平原水库增容扩建技术土坝稳定性研究

论文摘要

随着国民经济的发展,我国土地资源越来越紧张。而在近海平原地区,现有平原水库占地面积大,蓄水浅,蒸发、渗漏量大,这无疑是对日益宝贵的土地资源及水资源的一种浪费,平原水库增容扩建技术的研究已经势在必行。研究平原水库增容扩建技术,也即研究提高平原水库蓄水深度,主要是如何增大坝高的建造水平,提高水库单位面积的蓄水利用率。由于各地地质条件的差别,建造平原水库围坝坝高的水平各不相同,在满足地基结构稳定和渗流稳定要求时,应建造较高的围坝,尽量提高蓄水深度。本文从工程设计要求出发,结合天津市尔王庄水库增容扩建工程,对围坝增加坝高后其非线性静力、动力稳定性进行了研究。本文首先对土石坝非线性静力分析和非线性动力分析的理论和方法进行了评述和选择。然后对ANSYS进行了二次开发,利用APDL语言编制了实现土石坝非线性静力有限元分析的程序,非线性分析采用邓肯-张模型计算土石坝的应力和变形,结合坝体修筑过程以及蓄水过程,采用中点增量法计算。根据有限元非线性静力分析结果,对两种加高方案不同工况坝体坝基进行了稳定分析,包括基于应力水平的塑流分析及结合圆弧滑动法与复式滑动面法进行的静力抗滑稳定分析。在静力分析的基础上,根据土石坝动力有限元的计算原理和分析方法,编制了动力非线性计算程序,对两种加高方案不同工况的围坝进行坝体及坝基动应力、动位移等动力反应分析。根据动力分析结果,对坝体坝基进行了动力稳定分析。通过静、动力稳定分析,结果表明两种加高方案在不采取工程措施情况下均不能满足稳定要求,而坝后分别采用相应的压重平台后,均能满足稳定要求。本文对尔王庄水库增容扩建工程的研究具有重要的工程意义,能节省大量的土地资源和水资源,将产生巨大的经济效益和社会效益,并为工程建设提供了理论依据,还能进一步推动平原水库技术的发展。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 平原水库现状及增容扩建技术
• 1.3 土石坝稳定分析现状
• 1.4 本课题的研究内容
• 第二章 土石坝非线性静力分析
• 2.1 土石坝材料的应力-应变特性
• 2.2 土体的本构模型
• 2.3 非线性有限元分析方法
• 2.4 计算中有关问题的处理
• 2.4.1 无拉分析
• 2.4.2 剪切处理
• 2.5 利用ANSYS二次开发功能实现邓肯-张模型的非线性分析
• 第三章 土石坝非线性动力分析
• 3.1 地震作用理论
• 3.1.1 静力理论
• 3.1.2 反应谱理论
• 3.1.3 直接动力分析理论
• 3.2 土的动力本构模型
• 3.3 有限元动力分析方法
• 3.4 动力计算在ANSYS中的实现
• 第四章 尔王庄水库增容扩建土坝稳定性研究
• 4.1 工程概况
• 4.2 增容扩建方案分析
• 4.3 地质试验成果分析
• 4.3.1 工程地质条件分析
• 4.3.2 水文地质条件分析
• 4.3.3 工程现状及分析
• 4.4 围坝静力稳定性分析
• 4.4.1 典型地质剖面的选择及有限元网格划分
• 4.4.2 物理力学指标及计算参数的确定
• 4.4.3 静力稳定分析方法
• 4.4.4 有限元计算成果分析
• 4.5 围坝动力稳定性分析
• 4.5.1 地震波的输入
• 4.5.2 动力分析计算参数
• 4.5.3 动力计算成果分析
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 附表
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表