在我国,近年来建设的一批高土石坝,大都建在深厚不均匀覆盖层地基上,如冶勒水电站沥青混凝土心墙坝,其覆盖层最大深度大约420m。对于这类建在深厚覆盖层上的高土石坝,在施工期和蓄水期,坝体和坝基,尤其是坝基混凝土防渗墙的应力变形情况非常复杂。 本文结合龙头石大坝这一具体工程实例,运用三维非线性有限元分析坝体和防渗墙的安全和稳定,并提出一些有意义的结论和建议。 本文的主要内容如下: 1、在查阅大量的国内外资料的基础上,介绍了深厚覆盖层上采用混凝土防渗墙防渗的土石坝的发展概况,对混凝土材料的本构模型发展的现状进行了总结和综述。 2、基于塑性力学,采用Ottosen破坏准则,推求一种新的混凝土弹塑性模型,并给出其弹塑性矩阵的具体表达式,并结合混凝土的相关试验数据,验证弹塑性模型的合理性和有效性。 3、在河海大学水利水电工程学院TSDA程序基础上,结合本文提出的混凝土弹塑性模型,运用FORTRAN语言编制相应的计算程序,并应用到具体工程实例的计算分析。 4、本文对一座建在深覆盖层上高沥青混凝土防渗土石坝与其地基混凝土防渗墙进行了三维非线性有限元分析,成功模拟了大坝的施工加载过程。重点分析深覆盖层中混凝土防渗墙的应力和变形情况,比较了防渗墙采用弹性模型和本文的弹塑性模型的计算结果,同时也探讨了深覆盖层中采用塑性混凝土防渗墙进行坝基防渗的可行性,且分析了混凝土不同的弹性模量对防渗墙应力和变形的影响。 5、在土石坝三维有限元非线性计算分析中,本文辅以GID等计算机商业软件,有效地进行三维有限元计算地前、后处理工作,从而实现了有限元模型(坝体,混凝土防渗墙和廊道等)在三维空间的可视化,且使得土石坝三维有限元的前、后处理变得更为直观,便捷。另外,探讨了利用GID进行有限元前、后处理的具体实现方法。