使用有限元法进行超载分析

本小节内容是向家坝深层抗滑稳定超载有限元计算，计算结果引自张楚汉《岩石和混凝土离散—接触—断裂分析》中第22章。

计算中采用弹塑性有限元计算，对于由坝踵混凝土与基岩交界面、软弱夹层T 2—53上半段以及下游缓倾角节理组构成的滑裂面采用薄层单元模拟。有限元法滑裂面应力求和方法计算安全系数K，按式(11-4)计算，即

式中，下标i代表第i个接触单元；f为摩擦系数；c为凝聚力；σi为该单元的法向应力；τi为切向应力；li为单元长度。

指定滑面计算安全系数为2.69。

水压超载计算以正常蓄水位工况为工况1，并对上游水压进行超载，工况2～6依次分别超载1.5～3.5倍(按加水的密度计算)，各工况及主要计算结果如表11-9所示。坝顶水平位移超载系数变化曲线如图11-20所示。(www.xing528.com)

表11-9　计算工况及主要结果

图11-20　坝顶水平位移超载系数变化曲线

从图表中可以看到，随着水压超载系数的增加，坝顶水平位移、接触面屈服区均为递增状态，当超载系数为3.5倍水压时发生突变而下降，此时滑裂面屈服区也达到100%连通，各节点的接触关系也处于滑移或张开状态。

随着水压超载系数的增加，抗滑稳定安全系数则呈递减趋势，但在水压超载系数为3.5的工况6，滑裂面已经全部屈服，安全系数仍达到1.38，张楚汉指出该结果明显与计算正常工况安全系数为2.69不符，重力坝深层抗滑稳定与超载系数之间的关系是值得深入研究的一个问题。