水利工程是指利用水资源进行规划、建设和管理的工程项目。水利工程不仅可以更有效地利用水资源,还能达到防洪减灾、水土保持、发展新能源以及生态保护等目的。所以说,水利工程无论在哪个时代,都是社会经济发展和保护人民生命财产安全的重要保障。
水利工程如果不能安全施工与实施,很容易造成自然灾害的出现,我国历史上就曾出现过多次的特大洪水灾害,从“大禹治水”、“修建郑国渠”等事件中不难看出,古人对于水利工程的建设一直以来都是郑重其事的。
有限元分析软件——Abaqus 对于模拟诸如大坝等建筑物的力学行为具有强大的优势。首先,Abaqus软件具有强大的模拟能力,可以分析大坝等建筑物的力学行为、稳定性和应力状态;其次,它可以进行防渗计算,考虑水压力、温度场、渗流场、重力场的作用,以及温度场和力场、渗流场和力场的耦合。
当土体的坡度小于特定值时,土壩的结构将取决于土体的稳定性。然而,在特定载荷情况下,土体的稳定性需要做出权衡考虑。因此,在设计过程中,我们需要考虑到这些载荷情况。
(1)施工模拟
在第一阶段,将大坝各单元移除,并将岩石层的地压或重力作用下的变形进行建模。在每个阶段中,新的填筑层将被加入,并对其进行瞬时固结分析。
(2)蓄水模拟
所有三层构筑完成后,水坝分三个阶段蓄水,并求解蓄水结束后的稳态过程。
(3)快速降水模拟
分析水库中的水在 7 小时内全部放干,土坝的应力、孔压等的变化情况。
(4)抗震模拟
在考虑地震载荷时,我们必须注意其动态性质,并把所有惯性力,包括土坝内孔隙中的流体和水库中水的惯性力,都纳入考虑。
在地震发生时,当地水位达到91.75米,对坝基尺寸长103米、宽71米的结构进行分析。利用Abaqus进行实测地震加速度作用下的结构响应研究,采用混凝土损伤塑性材料模型,评估结构的稳定性和在任意载荷下的破坏情况。
海浪的运动形式相当复杂,因此有效分析其对水工结构的影响一直是一个具有挑战性的问题。Aalborg大学的工程师使用Abaqus进行分析,以期在不稳定频率下更好地理解海浪对海堤的影响。
针对直埋式蜗壳的设计和工程问题,专题研究将对其中的关键问题展开深入探讨,为方案论证和结构设计提供可靠的依据。这种完全联合承载结构可以解决高 HD 值管道结构钢衬厚度过大并保证其整体安全性,然而,像三峡电站这么大直径蜗壳结构的采用直埋方案,国内外尚无先例。
在巴拿马运河扩建工程中,设计人员在对庞大水闸(宽55米、长427米、高31.3米)的抗震分析中,选择了Abaqus作为核心软件。
Abaqus软件帮助水利工程安全发展与落实施工,得益于以下几点强大的功能和灵活性适用于模拟各种复杂的问题。
• 界面接触 ( 允许在地震作用下混凝土和岩石之间发生分离和滑移 )
• 非线性材料 (Mohr-Coulomb plasticitymodel and hardening)
• 吸能边界条件
• 水对抗震的影响
• 统一前后处理界面和方便的流程自动化
既要金山银山,也要绿水青山。发展水利工程安全发展与落实施工,不但是为了有效利用水资源,减轻水灾风险,保护土地和生态环境,更是推动可再生能源发展,实现可持续发展和生态保护的关键一步。