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摘要：FAN大坝位于埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴西北青尼罗河流域的Neshi河上，大坝为粘土均质坝，坝内设倾斜排水和水平排水相结合，上游坝坡设堆石护坡及在堆石护坡底部均设过渡层料，下游坝坡设堆石护坡。通过对粘土均质坝在各种荷载工况下应力、坝体沉降与变形的有限元计算，计算分析大坝应力与沉降变形分布特点，根据大坝各主要分区的位移、应力和应变的分布、特征值及部位，对大坝的安全性进行评价，对可能出现的安全稳定性问题，提出设计建议和施工改进措施。
关键词：邓肯－张E－B模型；地震效应；地震动水压力；位移；应力
Abstract: FAN dam is located on Neshi River in Blue Nile Basin, the northwest ofAddis Ababa, the capital Ethiopia. The dam is homogeneous clay, combined with tilt drainage and horizontal drainage, of upstream slope setting rockfill slope and transition layer material on the rockfill bottom, downstream the rockfill slope. Through the finite element calculation of the stree of homogenous clay dam under various load, dam settlement and deformation, the paper analyzes the stress of the dam and the distribution of settlement and deformation; according to the displacement, stress and strain distribution, eigenvalue and positions of the dam division, the safety of the dam is evaluated, proposing design suggestions and construction improvement measures against the potential safety problems.
Key words: Duncan - E-B model; seiic effects; earthquake dynamic water pressure; displacement; stress
2095-2104（2012）
2计算目的和计算任务
本次计算目的是通过对粘土均质坝在各种荷载工况下应力、坝体沉降与变形的有限元计算，为大坝的施工设计提供依据。
计算任务包括：对河床坝体断面及进行正常蓄水位情况和正常蓄水位加地震情况的平面有限元分析，计算分析大坝应力与沉降变形以及分布特点，给出大坝各主要分区的位移、应力和应变的分布、特征值及部位。根据计算结果对大坝的安全性进行评价，对可能出现的安全稳定性问题，提出设计建议和施工改进措施。
（
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——初始弹模数；——初始弹模指数；——体积模量数；——体积模量指数；
——材料的破坏比；——材料凝聚力，kPa。
对粗类料来说，，按下式计算：
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对于卸荷的情况，用下列回弹模量代替切线杨氏模量：
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——坝体材料所受的水平向惯性力，取顺河流方向，kN；
——水平向设计地震加速度代表值，本次计算采用0.1，m/s2；
——地震作用的效应折减系数，取值为0.25；
——坝体材料自重，kN/m3；
——地震作用动态分布系数，按规范要求取值；
——重力加速度，m/s2。
垂直向的地震惯性力取水平向地震惯性力的一半。
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表
关键词：邓肯－张E－B模型；地震效应；地震动水压力；位移；应力
Abstract: FAN dam is located on Neshi River in Blue Nile Basin, the northwest ofAddis Ababa, the capital Ethiopia. The dam is homogeneous clay, combined with tilt drainage and horizontal drainage, of upstream slope setting rockfill slope and transition layer material on the rockfill bottom, downstream the rockfill slope. Through the finite element calculation of the stree of homogenous clay dam under various load, dam settlement and deformation, the paper analyzes the stress of the dam and the distribution of settlement and deformation; according to the displacement, stress and strain distribution, eigenvalue and positions of the dam division, the safety of the dam is evaluated, proposing design suggestions and construction improvement measures against the potential safety problems.
Key words: Duncan - E-B model; seiic effects; earthquake dynamic water pressure; displacement; stress
2095-2104（2012）
1.工程概况
FAN大坝位于埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴(Addis Ababa)西北250km的青尼罗河流域的Neshi河上，大坝为粘土均质坝，上游坝坡1：3.0，下游坝坡1：2.5，坝顶高程2235m，宽度10m，坝顶长度1000.3m，最大坝高38m。坝内设倾斜排水和水平排水相结合，倾斜排水体坡比1：0.64，河床坝段，倾斜排水体顶部高程2216m，水平宽度3.0m，下游坝基设水平排水。考虑到本电站调峰运行，库水降落频繁，上游坝坡高程2215m以上堆石护坡厚度为2.0m，高程2215m以下堆石护坡厚度为1.0m，堆石护坡底部均设0.8m厚的过渡层料；下游坝坡堆石护坡厚度1.0m，堆石护坡底部不设过渡层料；下游坝坡高程2206m以下布置贴坡排水，坝趾设排水沟。大坝典型典型断面结构详图见附图1。摘自：学年论文范文www.udooo.com
附图1大坝典型剖面布置示意图2计算目的和计算任务
本次计算目的是通过对粘土均质坝在各种荷载工况下应力、坝体沉降与变形的有限元计算，为大坝的施工设计提供依据。
计算任务包括：对河床坝体断面及进行正常蓄水位情况和正常蓄水位加地震情况的平面有限元分析，计算分析大坝应力与沉降变形以及分布特点，给出大坝各主要分区的位移、应力和应变的分布、特征值及部位。根据计算结果对大坝的安全性进行评价，对可能出现的安全稳定性问题，提出设计建议和施工改进措施。
3 计算模型与检测定
3.1土石料非线性弹性本构模型
根据土石坝的材料性质，土石料的本构模型采用邓肯－张E-B模型，其应力应变关系表示成下列增量型式：（
3.1-1）
邓肯－张E-B模型的基本参数为切线杨氏模量Et和切线体积变形模量Bt，分别由下列两式计算：(
3.1-2)
(3.1-3)
式（4.1-2）中为初始切线模量，为应力水平，其表达式分别为：
(3.1-4)
(3.1-5)
(3.1-6)
式中：——初始弹模数；——初始弹模指数；——体积模量数；——体积模量指数；
——材料的破坏比；——材料凝聚力，kPa。
对粗类料来说，，按下式计算：
（
3.1-7）
式中：——粗粒料的初始内摩擦角，°；——内摩檫角随围压变化的增量，°。对于卸荷的情况，用下列回弹模量代替切线杨氏模量：
(
3.1-8)
式中：——回弹模量数；——回弹模量指数。3.2地震效应的拟静力法
当采用拟静力法计算地震作用效应时，建筑物水平向地震惯性力代表值按下式计算：(
3.2-1)
式中：——坝体材料所受的水平向惯性力，取顺河流方向，kN；
——水平向设计地震加速度代表值，本次计算采用0.1，m/s2；
——地震作用的效应折减系数，取值为0.25；
——坝体材料自重，kN/m3；
——地震作用动态分布系数，按规范要求取值；
——重力加速度，m/s2。
垂直向的地震惯性力取水平向地震惯性力的一半。
3.3 动水压力计算方法
采用附加质量法考虑库水与大坝的相互作用。地震动水压力分布采用常用的Westerguard动水压力计算公式，迎水面节点附加质量为：（
3.3-1）
式中：为水容重，为坝前水深，为节点到水面的距离，为与节点对应的结构面与水接触的面积。4 坝体应力与变形分析
4.1计算分区及参数
取河床坝段典型剖面进行计算，大坝的主要分区包括坝体粘土、堆石料、反滤层、排水层、过渡层、帷幕区、基岩、覆盖层等，坝体和坝基覆盖层采用非线性弹性E－B模型，基岩、灌浆帷幕和钢筋混凝土垫板采用线弹性模型，各种材料参数见表4.1。表