一种坝体土工膜三维应力变形计算方法与流程
本发明涉及水利水电工程应用技术领域，具体涉及一种坝体土工膜三维应力变形计算方法。
背景技术：
土工膜属于柔性材料，作为防渗结构其自身刚度无法维持自己结构稳定，需要其后的坝体对其进行约束和支撑，跟随坝体变形而变形。当坝体(其结构参见图1所示)水头不高时，土工膜在坝体中与其保护层之间可以发生相互运动，即使土工膜发生较大位移，但不会在锚固部位发生较大变形，出现局部应力过大的情况；但是若在高水头作用下，巨大的水压力会将土工膜2紧紧的压在下垫层4上，土工膜与其下垫层之间的产生巨大的摩擦力，使得土工膜无法发生移动，如同一个夹具将其牢牢固定，在土工膜锚固部位(坝基与两岸)，当坝体在水压力作用下相对基础发生相对位移时，会使得土工膜局部发生较大应变，产生锚固位置发生应力集中，发生“夹具效应”，影响土工膜防渗结构的安全。目前土工膜计算规范主要是采用薄膜理论公式或者各国经验公式，计算土工膜在理论假定情况下局部部位土工膜受力状态，计算出实用土工膜的厚度。为一种线性或者二维计算模型，与实际情况有一定差异。没有提出发生“夹具效应”水深深度计算方法，同时在土工膜防渗体中，土工膜受力最危险部位为在夹具效应作用下，在锚固部位的受力变形情况。
技术实现要素：
本发明为解决现有技术的不足，提供了一种坝体土工膜三维应力变形计算方法，该方法基于土工膜与坝体协同受力状态，计算出土工膜发生夹具效应的受力范围，同时计算出土工膜与坝体协同受力下产生的应力变形情况。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种坝体土工膜三维应力变形计算方法，该方法包括以下步骤：
第一步，根据规划、水文、地质资料确定坝体体型，坝体坡度，初步拟定土工膜布置结构形式；
第二步，通过实验确定土工膜与上下垫层摩擦系数值；
第三步，采用双向测定方法，测定土工膜双向受力下抗拉强度μ、弹性模量参数e；
第四步，采用薄膜理论公式初步计算确定土工膜厚度，选择合理的土工膜及上下垫层设计参数；
第五步，采用公式
第六步，使用flac3d软件模拟坝体及土工膜，使得土工膜单元网格与坝体单元网格一致变形，基于混合离散化法，连续介质区域被离散为多个互相边接的六面体单元的集合，将每个六面体划分为以六面体顶点为角点的常应变四面体单元的集合，通过适当调整四面体应变率张量中的第一不变量，并且所有变量均在四面体上进行计算；取多面体内四面体应力、应变的加权平均值作为多面体单元的应力、应变值；
第七步，输出土工膜的应力、变形值，根据不同应力变形调整土工膜在岸坡及坝基位置锚固方式；经过调整试算，确定最终的土工膜设计结构。
与现有技术相比，本发明本发明基于工程中土工膜实际受力情况构建数学模型，通过计算得出土工膜挡水时发生夹具效应的对应水深。而且模拟计算出土工膜与坝体协同变形时，在锚固部位三维真实受力状态下应力、变形值，为土工膜的结构形式确定提供支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是坝体的结构示意图。
附图标记说明如下：
图中：1、上垫层；2、土工膜；3、无砂混凝土板；4、下垫层；5、基础支持层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明提供了一种坝体土工膜三维应力变形计算方法，该方法包括以下步骤：
第一步，根据规划、水文、地质资料确定坝体体型，坝体坡度，初步拟定土工膜布置结构形式；
第二步，通过实验确定土工膜与上下垫层摩擦系数值；
第三步，采用双向测定方法，测定土工膜双向受力下抗拉强度μ、弹性模量参数e；
第四步，采用薄膜理论公式初步计算确定土工膜厚度，选择合理的土工膜及上下垫层设计参数；
第五步，采用公式
第六步，使用flac3d软件模拟坝体及土工膜，使得土工膜单元网格与坝体单元网格一致变形，基于混合离散化法，连续介质区域被离散为多个互相边接的六面体单元的集合，将每个六面体划分为以六面体顶点为角点的常应变四面体单元的集合，通过适当调整四面体应变率张量中的第一不变量，并且所有变量均在四面体上进行计算；取多面体内四面体应力、应变的加权平均值作为多面体单元的应力、应变值；
第七步，输出土工膜的应力、变形值，根据不同应力变形调整土工膜在岸坡及坝基位置锚固方式；经过调整试算，确定最终的土工膜设计结构。。
本发明基于工程中土工膜实际受力情况构建数学模型，通过计算得出土工膜挡水时发生夹具效应的对应水深。而且模拟计算出土工膜与坝体协同变形时，在锚固部位三维真实受力状态下应力、变形值，为土工膜的结构形式确定提供支持，减小与实际情况之间的差异。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
技术特征：
1.一种坝体土工膜三维应力变形计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
第一步，根据规划、水文、地质资料确定坝体体型，坝体坡度，初步拟定土工膜布置结构形式；
第二步，通过实验确定土工膜与上下垫层摩擦系数值；
第三步，采用双向测定方法，测定土工膜双向受力下抗拉强度μ、弹性模量参数e；
第四步，采用薄膜理论公式初步计算确定土工膜厚度，选择合理的土工膜及上下垫层设计参数；
第五步，采用公式
第六步，使用flac3d软件模拟坝体及土工膜，使得土工膜单元网格与坝体单元网格一致变形，基于混合离散化法，连续介质区域被离散为多个互相边接的六面体单元的集合，将每个六面体划分为以六面体顶点为角点的常应变四面体单元的集合，通过适当调整四面体应变率张量中的第一不变量，并且所有变量均在四面体上进行计算；取多面体内四面体应力、应变的加权平均值作为多面体单元的应力、应变值；
第七步，输出土工膜的应力、变形值，根据不同应力变形调整土工膜在岸坡及坝基位置锚固方式；经过调整试算，确定最终的土工膜设计结构。
技术总结
本发明公开了一种坝体土工膜三维应力变形计算方法，包括：第一步，确定坝体体型，坝体坡度；第二步，确定土工膜与上下垫层摩擦系数值；第三步，测定土工膜双向受力下抗拉强度、弹性模量参数；第四步，计算土工膜厚度；第五步，采用公式计算产生“夹具效应”的对应水深；第六步，使用FLAC3D软件模拟坝体及土工膜，取多面体内四面体应力、应变的加权平均值作为多面体单元的应力、应变值；第七步，输出土工膜的应力、变形值，调整土工膜在岸坡及坝基位置锚固方式，确定最终的土工膜设计结构。本发明通过计算得出土工膜挡水时发生夹具效应的对应水深，模拟计算在锚固部位三维真实受力状态下应力、变形值，为土工膜的结构形式确定提供支持。
技术研发人员：杨鹏;刘常新;丁治伟;李凤仪
受保护的技术使用者：中国水利水电第十一工程局有限公司;中电建第十一工程局(广东)建设投资有限公司
技术研发日：2021.05.08
技术公布日：2021.07.27
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