碾压砼拱坝三维非线性有限元承载能力分析摘要：拱坝的承载能力分析计算是拱坝设计与优化的关键内容。目前，拱坝应力及变形等承载能力分析多采拱梁分载法或多拱多梁法，属于结构力学法，该法不能考虑砼和岩体材料的弹塑性变形，也不能模拟材料构造的复杂性，所以就不能很好地反映砼和岩体的破坏机理以及坝体与基岩的整体作用效果。本文从材料的弹塑性理论出发，应用三维非线性有限元法对坝体进行应力和变形承载能力分析。通过对模型的计算分析，以荷载突变的方式对拱坝的承载能力给予评价。分析成果表明：非线性有限元法是进行拱坝承载能力分析的一种有效方法，能充分反映大坝与坝基岩体的共同作用效应。关键词：三维非线性有限元；拱坝承载能力；应力和位移；本构关系一、概要随着我国的水利事业的蓬勃进展，拱坝逐渐成为筑坝的首选坝型之一。由于拱坝的受力机制，拱坝的承载能力是评价拱坝安全稳定性的重要因素[1]，这也是水利水电工程科学的重点讨论课题[2]。目前，关于拱坝的承载能力分析评价方法，工程中通常采纳拱梁分载法或多拱多梁法[3]，为结构力学法，该方法计算原理简单，要有长期的实践经验，有一套相应的计算判别标准。但是拱梁分载法没有考虑变形协调条件和材料的本构关系，所以也就不能真实反映拱坝材料的渐进失稳的过程和破坏的力学机理。然而非线性有限元法能够汲取拱梁分载法所不能考虑的优点，能够模拟坝体砼和岩体的非线性本构关系，并进行材料分区，将坝体和基岩作为整体模型计算分析，从而能真实地反映拱坝砼和岩体的失稳机理和破坏过程，为拱坝的设计与优化提供了依据。二、三维非线性有限元计算原理非线性有限元法充分考虑了碾压砼不同材料的力学特性和岩体构造的复杂性，能以超载形式对拱坝坝体砼和坝基岩体进行承载能力分析，计算成果能直观的反映拱坝的应力和变形进展过程。2.1 计算方法超载法建立在坝基岩体的力学参数不变的情况下，将作用荷载按比例逐渐增加，直到坝体砼和坝基岩体被破坏，以砼和岩体被破坏时，相应荷载的超载倍数作为拱坝的承载能力。超载系数的实际意义可以看作是突发洪水情况对拱坝结构的安全影响。超载系数法的核心是将拱坝整体有限元计算模型中施加的外荷载按倍比例逐渐增加，从而计算出破坏面上正应力与剪应力所对应的阻滑力和滑动力，据此得出拱坝的承载能力系数。在本方法计算中，当计算收敛十分困难，破坏面上的变形产生突变，下一次计算不收敛时，对应的超载系數值即为拱坝的承载能力系数...
