武启斌 孙建生 裴敬垚 樊 盼

（太原理工大学水利科学与工程学院 山西太原 030024）

0 引言

拱坝是周边固定的高次超静定空间壳体结构，地基变形和坝体温度变化对拱坝结构的应力影响十分显著，考虑地基变形和温度变化影响的弹塑性三维有限元分析研究成果对拱坝设计和施工具有重要的指导意义和实践参考价值。本文结合山西省石膏山拱坝工程设计要求，利用ANSYS有限元分析软件建立反映实际工程地形的三维分析模型，得到坝体分析应力成果。与多拱梁分载法计算成果进行对比分析，提出了有益的参考。

ANSYS软件是第一个通过ISO9001质量认证的大型商用标准有限元分析设计软件[1]，广泛应用于结构、流体、电磁等方面的研究。在我国大型水利工程如金沙江溪落渡电站、二滩电站、三峡工程、南水北调工程等设计中已被采用。

1 工程概况

石膏山水库工程位于灵石县仁义河干流上，水库正常蓄水位为66.0 m，设计洪水位（P=2%）66.5 m，水库总库容473万m3，工程等级为Ⅳ等，大坝为定圆心变半径变中心角的混凝土单曲拱坝，如图1、图2，最大坝高68.0 m，坝顶宽5 m，拱冠处坝底宽为27.5 m，厚高比为0.40。拱圈上游半径为110 m，最大中心角88.02°。体形参数见表1：

图1 拱坝平面图

图2 拱坝剖面图

2 几何模型的建立

2.1 三维模型建立的意义

由于拱坝结构的应力和位移与坝肩岩体的变形特性密切相关，所以进行坝体结构三维有限元分析必须考虑周围岩体的物理力学特性，才能保证三维模拟分析时更加接近实际情况，根据现有的地勘资料和测量资料对坝体周围的岩体建立三维分析模型，是目前水工结构中研究的重要课题[2]。……