土石坝因其地质条件要求较低、施工简单、建造经济合理等因素得到了广泛应用,尤其在深厚覆盖层上建坝.近年来,碾压式沥青混凝土心墙土石坝在我国得到了较快的发展,迄今已建成了13座,且随着筑坝技术的发展,我国沥青混凝土心墙土石坝已向百米级发展,如茅坪溪坝,最大坝高为104 m,冶勒坝,最大坝高为125 m.

然而,目前对土石坝应力变形分析大多是针对土质心墙土石坝,而对沥青混凝土心墙土石坝的相关研究还较少[1 5].另一方面,邓肯-张模型因其具有计算参数明确、试验参数容易获得等特点,在土石坝应力变形分析时被普遍采用.但是,邓肯-张模型不能全面反映土体特性,如土的剪胀性.比较而言,弹塑性模型则更能够全面地反映土体的压硬性、剪胀性、非线性等特性[6 9].近年来,河海大学椭圆-抛物双屈服面模型[10 12]在很多土石坝工程的数值计算被广泛采用,计算得到的结果较邓肯-张模型得到的计算结果更接近现场实测结果.为此,本文针对某深厚覆盖层上沥青混凝土心墙堆石坝,采用河海大学椭圆-抛物双屈服面模型(以下称双屈服面模型)进行了三维静力有限元计算分析,研究了坝体在竣工期、蓄水期的应力变形特性.

1 计算模型与参数

某深厚覆盖层上(最大厚度约77 m)沥青混凝土心墙土石坝,其最大坝高为58.8 m,采用垂直式沥青混凝土心墙,坝体主要材料分区和三维有限元网格,分别如图1和图2所示.单元网格划分时,对土石料、混凝土等单元,大多为8结点6面体单元,少数用6结点5面体和4结点4面体单元过渡.

  

图1 典型断面及材料分区Fig.1 Typical sections and materials district

  

图2 三维有限元网格Figure2 3-D FEM mesh

三维有限元计算中,分别考虑了坝体分期填筑及蓄水的过程,即坝体分层填筑施工到顶(称为竣工期),后分级蓄水至正常高水位(称为蓄水期).坝体堆石料采用双屈服面弹塑性模型[11],计算采用的模型参数见表1.为模拟混凝土与土石接触处出现不连续性,设置了无厚度Good man接触面单元,其模型参数见表2.

再次，建立奖惩机制。进行评价的目的之一就是为奖励先进，惩处失职提供参考依据，通过奖励机制来激励员工，通过惩罚机制来鞭策员工。给护理人员树立起正面的典范和反面的教材，促使护理人员不断在护理工作中改进和提高。

 

表1 沥青混凝土心墙堆石坝计算参数Tab.1 Model parameters of r ock-fill dam with asphalt concrete core wall

  

上、下游过渡料 0.27 760 0.35 2.00 2.22 1 068.6 6.9 47.4 6.7 0 2.28上、下游堆石料 0.33 480 0.50 2.05 2.28 655.9 9.0 48.6 8.4 0 2.02沥青混凝土 0.07 492 0.17 1.26 1.42 1 1524.8 25.1 30.7 0 46 2.44上游围堰0.33 480 0.50 2.05 2.28 655.9 9.0 48.6 8.4 0 0

 

表2 Good man接触面模型参数Tab.2 Parameters of Good man interf ace model

  

混凝土防渗墙与覆盖层接触面 0.86 1 400 0.60 9 000 000 9 5混凝土防渗墙与基岩接触面 0.80 5 600 0.52 30 000 36 0沉渣 接触面 0.80 5 600 0.52 40 000 36 0基座与导墙接触面0.80 5 600 0.52 9 000 000 36 0

2 计算结果分析

本文利用椭圆-抛物双屈服面模型,对某沥青混凝土心墙土石坝进行三维有限元计算分析,研究了坝体在竣工期、蓄水期坝体的应力变形特性.计算结果表明:

2.1 坝体变形性状

采用SPSS 19.0统计学软件对数据进行处理，计数资料以例数（n）、百分数（%）表示，采用x2检验，计量资料以“±s”表示，采用t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

图3、图4分别给出了坝体竣工期间和蓄水期间最大断面顺河向水平位移等值线图和沉降等值线图.可以看出,竣工期和蓄水期坝体的变形分布规律基本相同.其中,图3中正值表示向下游位移,负值表示向上游位移.

 

表3 三维有限元计算的蓄水后大坝主要应力变形值Tab.3 Main stress and defor mation values of post-storage dam calculated by three-di mensional finite element method

  

注:σz/γh为1/3～2/3坝高范围内,河谷段心墙各单元竖向应力与自重应力(γh)之比值的平均值.

 

双屈服面 竣工4.45 -3.74 8.56 -2.91 -50.50 0.709 4.42 -4.03 5.58 -4.5 -50.86 0.555蓄水

  

图3 坝体竣工期和蓄水期最大断面顺河向水平位移等值线(单位:c m)Fig.3 Horizontal displacement contour along river direction of maxi mum section in dam completion period and storage period

从图6中可以看出,蓄水后,上游反滤层、过渡层内应力显著减小,心墙的小主应力则有所增大.心墙小主应力均大于零,没有出现拉应力.图7显示,竣工期坝体总体应力水平不高于蓄水后,上游坝壳应力水平稍有增大,靠近心墙区域的应力水平增大明显.这是由于心墙在水压力作用下,向下游位移,导致上游坝壳小主应力减小.总体上,坝体应力水平较低.

  

图4 坝体竣工期和蓄水期典型断面沉降等值线(单位:c m)Fig.4 Settlement contour of typical sections in dam completion period and storage period

1)竣工期顺河向水平位移较小,下游坝壳向下游的最大水平位移为5.58 c m,上游坝壳向上游的最大水平位移为4.5 c m.蓄水后下游坝壳中向下游的位移有所增大,最大值为8.56 c m.位移最大值均位于上下游坝壳的中部偏下靠近地面线部位.

2.2 坝体应力性状

2)竣工期的最大沉降值为50.86 c m,占坝高(包括69 m覆盖层)的0.4%,蓄水后稍有变化,坝体最大沉降为50.5 m.占坝高的0.397%.

  

图5 坝体竣工期和蓄水期典型断面大主应力等值线(单位:MPa)Fig.5 Large principal stress contours of typical sections in dam completion period and storage period

  

图6 坝体竣工期和蓄水期典型断面小主应力等值线(单位:MPa)Fig.6 Small principal stress contours of typical sections in damcompletion period and storage period

从图5可以看出,竣工期和蓄水期坝体大主应力分布规律相似,且竣工期和蓄水期均有一定心墙拱效应.但是,在心墙上游面部位,竣工期的心墙拱效应明显比蓄水期的轻.表2的σz/γh值也体现了这种心墙拱效应的差别,竣工期的σz/γh值为0.555,蓄水期的σz/γh值为0.709,蓄水期的σz/γh值比竣工期的增幅为27.7%.

从图3(a)可以看出,竣工期顺河向水平位移较小,下游坝壳向下游的最大水平位移为5.58 c m,上游坝壳向上游的最大水平位移为4.5 c m.位移最大值位于上下游坝壳的中部偏下靠近地面线部位.图3(b)显示,蓄水后,下游坝壳中向下游的位移有所增大,最大值为8.56 c m,较竣工期的增幅53.4%.上游坝壳向下游的最大位移有所减小,最大值为2.91 c m,较竣工期的减幅47.8%.位移的最大值点位置仍在地面线附近.

职业技术师范院校通过教育见习、教育实习和微格教学等教师教育实践教学环节，不断增强师范生的实践教学意识，提高师范生的实践教学能力和水平，使其打好为师从教的基础。

  

图7 坝体竣工期和蓄水期典型断面应力水平等值线(单位:MPa)Fig.7 Stress level contours of typical sections in dam completion period and stor age period

3 结论

对沥青混凝土心墙土石坝进行了三维有限元计算,研究大坝竣工期和蓄水期的应力变形,其变形最大值及相关应力统计值列于表3.可以看出,竣工期和蓄水期得到的应力变形性态有一定程度的差异.以下重点分析坝体竣工期和蓄水期应力变形性状.

图4(a)和图4(b)显示,竣工期和蓄水期最大沉降值均位于基座顶部略偏下游的过渡层内.其主要原因是由于坝轴线断面处有混凝土防渗墙及基座的顶托,故沉降最大值不在坝轴线断面内.其中,竣工期的最大沉降值为50.86 c m,占坝高(包括69 m覆盖层)的0.4%。蓄水后稍有变化,坝体最大沉降为50.5 m.占坝高的0.397%.

近年来,一些学者开始将卷积神经网络应用于包括计算机视觉、图像识别、自然语言处理等领域,已经产生了与人类专家相媲美并且在某些情况下更优越的结果[8-12]。一个典型的卷积神经网络由多个不同的层,以一定顺序前后级联构成,包括一个输入层,多个卷积层及池化层,一定数量的全连接层和最后一层输出层(损失层)[13-14]。卷积神经网络引入了一种特殊的组织隐层单元的方式——卷积,这使得网络可以很好地对输入数据的局部特征进行抽取。隐层之间局部连接的权重被称为卷积核(卷积滤波器),处于同一层的所有隐层单元共享同一卷积核,因此该层输出的结果即是该卷积核所抽取出的局部特征,也称为特征图[15]。

图5～图7分别给出了坝体竣工期和蓄水期最大断面的大、小主应力及应力水平等值线图.

3)竣工期和蓄水期坝体大主应力分布规律相似,且竣工期和蓄水期均有一定心墙拱效应.

4)心墙小主应力均大于零,没有出现拉应力.总体上竣工期和蓄水期坝体的应力水平均不高.

参考文献:

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[3]汪明元,周欣华,包承纲,等.三种峡茅坪溪沥青混凝土心墙堆石坝运行形状研究[J].岩石力学与工程学报,2007,26(7):1470-1477.

[4]万连兵,冯燕明,韩朝军,等.克孜加尔沥青混凝土心墙石坝应力变形研究[J].水电能源科学,2011,29(4):66-69.

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[6]Duncan J M,Chang C Y.Nonlinear analysis of stress and strain in soil[J].Jour nal of the soil Mech and Foundation,1970,96(5):1629-1651.

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[8]钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算[M].北京:中国水利水电出版社.2003.

[9]殷宗泽.一个土体的双屈服面应力-应变模型[J].岩土工程学报,1988,10(4):64-71.

[10]河海大学岩土工程科学研究所.龙头石心墙堆石坝静力三维有限元应力变形分析[R].南京:河海大学岩土工程科学研究所,2008.

[11]河海大学岩土工程科学研究所.双江口心墙堆石坝静力三维有限元应力变形分析[R].南京:河海大学岩土工程科学研究所,2007.

[12]河海大学岩土工程科学研究所.两河口心墙堆石坝静力三维有限元应力变形分析[R].南京:河海大学岩土工程科学研究所,2006.