1．目的及意义

1.1目的

重力坝是当前水坝常用的结构形式之一，主要依靠自身重量产生的抗滑力来抵抗上游水压力及其它的荷载，维持自身稳定。重力坝在整个建设和运营过程中会受到水压力、地震荷载等的作用，要确保重力坝在各种静力和动力荷载下能够安全正常运营，需要对重力坝进行建模，然后模拟分析重力坝的变形和应力情况，通过建模和分析验证坝体的强度是否符合要求对于工程建设来说是很重要的一个环节，能够为工程建设提供依据，验证工程建设的可行性。

1.2意义

采用通用有限元软件对混凝土重力坝的应力和变形进行模拟，对混凝土重力坝进行三维静力分析、自由振动分析和地震载荷作用下的动力响应分析，得到混凝土重力坝在静力载荷作用下的应力分布和变形特征、在地震载荷作用下的动力响应特征。通过对重力坝进行数值模拟找到重力坝的薄弱点，提出解决方法，为重力坝的设计和建设提供依据，减少项目建设的盲目性。对重力坝模型施加在运营过程中可能会受到的荷载，验证重力坝的强度，为设计提供支持，确保设计出在运营过程中安全可靠的重力坝，这样不仅可以为设计提供依据，也可以提高工作效率，降低工作的复杂度。随着有限元软件功能的不断增加和模拟准确度的提高，有限元软件可以为工程项目建设给予更多的帮助，提供更多的便利，利用有限元软件来对重力坝进行建模分析对工程设计建设有很大意义。

1.3国内外研究现状

目前，国内外已经有很多对水坝采用有限元软件进行静力和动力响应分析的研究。Andrianopoulos等[1]采用数值方法研究了具有四种不同横截面且高度为20-120 m的土石坝在地震载荷下的动力响应，考虑了地震载荷的特性、基础土壤的刚度和典型的稳定护岸或水库的影响。结果表明影响坝的振动的卓越周期的主要因素包括坝的高度和输入运动的特性，影响坝顶的加速度峰值的主要因素包括坝的高度、输入运动的特性和基础土壤的刚度。Han等[2]采用三维有限元法对2008年汶川地震期间某岩石坝的地震响应进行了数值模拟研究，首先通过与汶川地震前和地震期间记录的该岩石坝的监测数据进行对比来验证岩石坝的数值模型，通过模拟岩石坝的基础的地质历史、岩石坝的构造和水库的蓄水重现了岩石坝的初始应力状态；然后根据岩石坝的变形形状、波峰沉降和加速度分布，分析了数值模拟得到的岩石坝的地震响应；最后讨论了坝体材料的渗透率和垂直地面运动对岩石坝的地震响应的影响。Mirzabozorg等[3]研究了大质量基础对拱坝的非线性地震响应的影响，采用同轴旋转涂抹裂纹法模拟三维空间中大体积混凝土的非线性行为，该方法能够模拟混凝土在静态和动态条件下的开裂和破碎，采用有限元法和适当的边界条件来模拟水库，结果表明采用无质量基础的模型会高估拱坝的应力，并且导致比大质量基础的模型更多的裂纹。Hariri-Ardebili和Kianoush[4]研究了现有高拱坝的校准程序和非线性地震响应，基于现场测量解释了高拱坝的静态校准和热校准分析，研究了校准模型的非线性地震响应，该模型考虑了接头、大体积混凝土的开裂、水库-坝-岩石的相互作用、张开接头内的流体动压力和几何非线性等因素的影响。

在国内方面，荆旭春等[5]对加高改造后的宝泉电站下水库重力坝进行了三维有限元建模，并研究了该重力坝的动力特性和地震载荷作用下的动力响应。王艳等[6]通过有限元软件ANSYS建立了考虑坝体与地基的相互作用的某混凝土重力坝三维模型，并研究了地震载荷作用下该重力坝的动力响应。郑昌坝[7]利用有限元软件建立了某混凝土重力坝的二维和三维模型，研究了该重力坝在自重、静水压力和扬压力作用下的静力响应，得到了坝体的位移、应变和应力。燕强等[8]运用ABAQUS软件对某混凝土重力坝进行了三维建模，研究了该重力坝在自重、静水压力作用下的静力响应，得到了坝体的位移、应变和应力。商兆涛和叶少有[9]运用ANSYS软件对某重力坝（包括坝体、坝基和两侧岩石）进行了三维建模，研究了该重力坝在自重、静水压力和扬压力作用下的静力响应，得到了坝体的位移、应变和应力。王志坤和杨璐[10]利用ABAQUS软件研究了桃林口混凝土重力坝上在迁安波作用下的动力响应，采用附加质量法考虑水坝动水压力的影响，分析了3个方向的地震波加速度对重力坝的动力响应的影响。申振东等[11]联合有限元和离散元法研究了地震作用下混凝土重力坝的破坏形式以及破坏的临界条件，采用Single/Smeared损伤断裂模型来模拟混凝土材料的破坏。顾培英等[12]运用ABAQUS软件模拟了重力坝在均匀冲击载荷作用下的动态响应，考虑了混凝土材料的应变率效应，研究了不同冲击载荷作用下重力坝的损伤情况。王新伟和刘毅乐[13]利用ANSYS软件研究了三益水库重力坝在设计水位和校核水位工况下的静力响应，得到了两种工况下重力坝的变形和应力。陈尧隆和何劲[14]运用有限元浮动网格法模拟了混凝土重力坝在施工期的温度场和温度应力，考虑了混凝土的材料参数随龄期的变化以及分层浇筑的影响。张明伟[15]采用有限元软件建立了某水坝的三维模型，研究了该水坝在各种载荷作用下的位移和应力分布。余记远等[16]运用ANSYS软件对自重、静水压力和扬压力作用下重力坝的静力响应进行了三维数值仿真，得到了重力坝的位移、应力和应变的分布。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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2.1基本内容

充分查阅中外的相关资料，全面细致地了解重力坝在施工和使用过程中所受到的载荷以及载荷作用在重力坝上的形式和特点，运用所学知识和查阅资料并结合工程实际，根据重力坝的结构特点和材料特性，考虑多种荷载和边界条件，对重力坝进行建模和分析，为重力坝的设计和建造提供重要的参考。

2.2研究目标