单元类型选择对土石坝应力变形计算结果的影响

陈文明，朱俊高

(河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏南京210098)

土石坝工程中，防渗体系关系到地基的稳定、大坝的安危，许多大坝失事正是由于防渗体系遭到破坏或失效导致的。防渗体系的合理设计是大坝能够成功建设和运营的关键因素之一[1]。混凝土防渗墙作为土石坝防渗体系的主体部分，其应力变形一直是结构设计中最为关心的内容之一。近年来，随着有限元分析手段日益成熟，一些重要的土石坝工程都借助数值分析手段对防渗墙应力变形进行分析[2-6]。现有研究结果表明，通过数值分析手段得到的墙体应力变形分布规律、值的大小与原型观测结果有一定的差异，但可以定性地反映墙体受力特征。差异存在的主要原因包括实际工况比较复杂，墙体的材料与周边材料力学特性存在较大差异，计算时有限元模型中单元类型的选用等，这些问题处理是否合理对计算结果的可靠度有重大影响。

现有的土石坝有限元模型，在网格划分单元时，一般都采用8结点等参单元。但是计算后得到的土石坝应力有时会很大。理论上，通过增加网格划分的数量和单元阶次可以提高计算精度[7-8]，但相关研究较少。

本文拟对某深厚覆盖层上的砾石土心墙堆石坝，采用三维有限元法，分别对8结点等参单元有限元模型和20结点等参单元有限元模型进行分析，研究其应力和变形的差异，为提高有限元分析效率进行了有益的探索。……