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复合土工膜用于堆石坝的防渗具有防渗性能好、延伸率好、抗拉强度大的特点,与粘土防渗体和相比,其取材方便、造价低、施工便捷;与混凝土面板防渗体相比,无面板结构性裂缝、周边缝止水变形过大、分期施工面板脱空等施工、运行问题,而且具有更强的适应变形能力。但由于复合土工膜在中、高土石坝工程中的应用较少,且缺乏系统的理论研宄,从而使得相应的工程设计仍局限于半经验、半理论状态。在高水头作用下其强度能否满足要求、接缝处理能否保证质量、长期运用不老化现象能否保证以及稳定性等一系列问题至今还没有可靠的依据。因此,本文以200m级高堆石坝复合土工膜防渗斜体为研宄对象,探究斜墙式复合土工膜防渗体应用在高堆石坝时的应力变形规律,以促进提升该坝型的技术水平,增强该坝型建设的活力。 本研究主要内容包括:⑴阐述了复合土工膜防渗体发展概况,基于复合土工膜的复合机理,通过对前人试验结果的总结分析,得出复合土工膜的受力特性;研究了复合土工膜的变形机理和适应变形的原理,结合复合土工膜的力学性能,对比曲线交会法和有限单元法选择复合土工膜的两种计算方法。⑵阐述有限元法在ABAQUS中的实现过程,并对材料非线性的有限元分析方法作了分析对比。论述了土石坝计算中经常用到的邓肯-张双曲线材料本构模型,并对ABAQUS进行二次开发,利用FRIC子程序模拟膜坝之间的相互作用,并加以验证实现这种模型。⑶根据上述研宄成果,运用大型通用有限元软件ABAQUS提供的膜单元和FRIC摩擦子程序来模拟复合土工膜与坝体材料之间的相互作用,获得了复合土工膜的应力变形规律、坝体的应力变形规律以及之间的相互制约关系。为堆石坝设计及复合土工膜选择提供理论依据。⑷研究坝体材料参数、坝体体型(坝高、坝坡)、摩擦特性、河谷类型对斜墙式复合土工膜应力变形影响,并得出相应规律。为斜墙式复合土工膜堆石坝的应用及施工提供指导和借鉴。⑸研究改善斜墙式复合土工膜应力变形具体方法,包括夹具作用消除方法、铺膜方式对土工膜应力变形改善。