考虑水力劈裂效应的重力坝坝踵裂缝稳定分析

混凝土重力坝坝踵开裂是重力坝常见的现象,由于高坝缝内存在较高的扬压力,水压的劈裂作用有可能驱使裂缝进一步扩展,严重影响坝体的安全性。基于大型有限元分析软件,建立重力坝数值分析模型,人为在坝踵附近设置不同深度的裂缝,分析不同位置、不同裂缝深度、不同缝内水压分布作用下裂缝的稳定性,以分析水力劈裂效应。研究结果表明,坝踵附近裂缝多处于压剪复合断裂模式,但在缝内高水压作用下,有可能变为拉剪复合断裂,也极易失稳扩展;随着裂缝长度的增加,水力劈裂效应愈加显著。     

高混凝土重力坝坝踵裂缝水力劈裂特性分析

高水压作用下常年运行的高混凝土重力坝易存在水力劈裂破坏隐患,对某高混凝土重力坝坝踵裂缝水力劈裂特性进行数值分析,研究了缝内水压对高混凝土坝水力劈裂裂缝扩展的影响,探讨了高混凝土坝水力劈裂裂缝稳定性和坝基面抗滑稳定性。结果表明,当初始裂缝距离坝踵的高度为3.0 m,裂缝深度为2.0 m时,与不考虑缝内水压作用相比,缝内水压作用下坝体极限承载能力降低17.6%;当初始水平裂缝深度为2.0 m,裂缝距离坝踵的高度小于等于5.0 m时,坝体裂缝处于拉剪断裂模式;初始水平裂缝位于坝踵位置,缝内水压作用下坝基面抗滑稳定安全系数下降明显,下降速率为未考虑缝内水压情况的8倍,缝内水压作用对重力坝坝踵裂缝稳定及抗滑稳定不利。     

重力坝坝踵裂缝水力劈裂耦合分析

大坝运行期间,重力坝坝踵裂缝在较高水头作用下易发生水力劈裂破坏。建立扩展有限元法框架下重力坝坝踵裂缝水力劈裂耦合数值模型,并采用扩展有限元法模拟水力劈裂耦合作用下重力坝坝踵裂缝扩展过程。计算结果表明:重力坝坝踵初始裂缝逐渐向坝基底部扩展,且裂缝扩展方向朝向下游;无水力劈裂作用下的裂缝开裂角大于水力劈裂作用下的,无水力劈裂耦合作用下的裂缝开裂角小于水力劈裂耦合作用下的;重力坝坝踵裂缝扩展前,裂缝内水压力基本与边界水压力相同,当裂缝开始扩展时,裂缝内水压力会降低,而后裂缝张开宽度不断增大,裂缝内水压力又会变成边界全水头;裂缝水力劈裂导致裂尖Ⅰ型应力强度因子增大,降低了重力坝裂缝的稳定性。研究结果可为重力坝坝踵裂缝水力劈裂防治提供理论依据。     

坝踵裂缝深度对混凝土重力坝可靠度的影响

已建成的绝大多数混凝土重力坝的坝踵部位均会不同程度地出现裂缝,有必要研究裂缝开展深度对坝体安全度的影响。基于Matlab软件,人为地在坝踵沿建基面方向设置不同深度的裂缝,利用材料力学原理建立重力坝沿建基面的抗滑稳定、坝趾抗压强度和坝踵抗拉强度的功能函数,分析了不同裂缝深度对上述三种情况可靠度的影响。研究结果表明:裂缝的存在对坝体抗滑稳定影响较小,但可靠度随建基面抗剪强度指标的下降而减小;裂缝的存在对坝趾抗压强度和坝踵抗拉强度的可靠度影响较大,随坝踵裂缝长度的增大,可靠度下降很快。     

重力坝诱导缝对坝踵区应力的影响及优化研究

以重力坝坝踵区应力状态为优化的目标,在坝体上游库底基岩上设置一条不同状态的诱导缝,计算静、动力条件下重力坝挡水坝段在不同的诱导裂缝缝踵距和缝缝深组合下的坝踵区应力分布,得出诱导缝缝踵距越小、缝深越大对降低坝踵拉应力越有效的结论,并在此基础上对重力坝的诱导缝的最佳位置和尺寸进行优化分析。     

重力坝水力劈裂分析的扩展有限元法

水力劈裂是高坝在高水压作用下发生破坏的主要诱因之一。针对常规有限元法分析水力劈裂问题存在的缺点,研究了采用新兴的扩展有限元法（XFEM）进行重力坝水力劈裂数值模拟的方法。通过建立考虑裂纹面水压力作用问题的虚功原理,推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的有限元列式;给出了反映裂纹面不连续性的不连续函数数值积分方法、开裂判断准则、应力强度因子的积分方法以及裂纹面扩展过程模拟方法,从而给出了模拟裂纹面有分布水压力载荷作用的水力劈裂问题扩展有限元实现方法。最后通过向家坝重力坝坝踵水力劈裂数值分析,展示了该方法的可行性和优越性。算例表明应用扩展有限元法进行水力劈裂分析可克服常规有限元法的缺点,不需要裂纹面与有限元网格一致,不需要在裂缝周围布置高密度网格,模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,极大地简化了前处理工作。     

重力坝水力劈裂分析的扩展有限元法

水力劈裂是高坝在高水压作用下发生破坏的主要诱因之一，针对常规有限元法分析水力劈裂问题存在的缺点，研究了采用新兴的扩展有限元法（XFEM）进行重力坝水力劈裂数值模拟的方法。通过建立考虑裂纹面水压力作用问题的虚功原理，推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的有限元列式；给出了反映裂纹面不连续性的不连续函数数值积分方法、开裂判断准则、应力强度因子的积分方法以及裂纹面扩展过程模拟方法，从而给出了模拟裂纹面有分布水压力载荷作用的水力劈裂问题扩展有限元实现方法。最后通过向家坝重力坝坝踵水力劈裂数值分析，展示了该方法的可行性和优越性。算例表明应用扩展有限元法进行水力劈裂分析可克服常规有限元法的缺点，不需要裂纹面与有限元网格一致，不需要在裂缝周围布置高密度网格，模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,极大地简化了前处理工作。     

缝面水压力与地震作用下重力坝坝踵裂缝扩展数值模拟

为研究不同工况下,地震与缝面水压力共同作用对重力坝坝踵裂缝扩展的影响,以Koyna重力坝为例,利用扩展有限元法(XFEM)和相互作用积分理论,建立缝面水压力和地震共同作用下的重力坝坝踵裂缝断裂数学模型,研究不同的坝基与坝体弹模比、初始裂缝长度、缝面水压力分布对坝踵裂缝扩展的影响。计算结果表明:在缝面水压力均匀分布、初始裂缝长度一定的情况下,裂缝扩展长度随坝基与坝体弹模比的增大逐渐减小,扩展路径向坝基面靠拢;在坝基与坝体弹模比一定、缝面水压力均匀分布的情况下,裂缝扩展路径随着初始裂缝长度的增加逐渐增加且趋近坝基面;当坝基与坝体弹模比和初始裂缝长度一定时,随着缝面水压力系数的增大,裂缝扩展长度逐渐减小,裂缝逐渐向岩基扩展。     

考虑高压水劈裂的高重力坝安全性试验研究

高压水劈裂是高水压驱动裂缝扩展的一种现象,常是影响涉水工程安全的一大因素。由于高坝需抵挡巨大水头,且混凝土坝具有"无坝不裂"的特性,高压水劈裂也逐渐成为高混凝土坝安全研究的重要内容。为了评价高压水劈裂对混凝土重力坝的影响,本文针对重力坝上游面水平裂缝设计了高压水劈裂试验,并参照重力坝可能承受的工况进行了系列试验,讨论了混凝土强度和应力状态对高压水劈裂的影响。根据试验结果,对有限元模型进行了校核,并用此模型计算了3种不同准则设计的重力坝在高压水劈裂方面的差异。分析表明,目前准则在设计200 m以上重力坝时可能存在高压水劈裂风险,且不同国家的准则对高压水劈裂影响较大,具体优化方案还需对坝体的应力指标进行深入研究。     

水资源合理配置研究历程与进展

国内外的工程实践、计算分析、模型试验表明,高拱坝,特别是坝高超过200m的特高拱坝,坝踵部位因施工期属于强约束区,运行期应力复杂,常常难以确定是否会在基础或坝体部位出现裂缝,而坝踵部位的裂缝有可能会因为高水压力作用发生水力劈裂而进一步扩展,影响拱坝的正常运行.本文提出了在高拱坝坝踵上游面强约束区设置柔性防渗体系的新思路,提出了大型框架式仿真试验方法,可以模拟300m高水压下的柔性材料防裂漏水问题,并对所推荐的材料进行了仿真试验论证.建议的材料和方案已应用于小湾拱坝工程.     

堰塞坝及其溃决模拟研究评述

堰塞坝形成突然、危险性大,对下游人民生命财产安全、生态环境和社会经济形成巨大威胁,研究堰塞坝的溃决成灾机理与应急条件下的除险减灾方法,具有极其重要的科学价值和实际意义。结合国内外堰塞坝及其溃决相关内容的研究现状,评述了堰塞坝的形成过程和特征、溃决过程以及除险减灾等方面的研究进展,提出了未来堰塞坝及其溃决研究中需要重点关注的若干重大关键问题:1堰塞体形成过程中的土石料堆积分选机制;2强非恒定流、非均匀流下的输沙理论;3多机理耦合的溃口发展模型;4大尺度堰塞坝溃决实体模型试验;5如何降低除险减灾策略制定过程中的不确定性。     

丹江口大坝加高溢流坝闸墩结构分析

以丹江口大坝溢流坝边墩为研究对象，通过三维有限元接触问题非线性计算，分析在溢流面加高过程中，不同的溢流面与老闸墩的结合状态下（脱开与不脱开），各阶段包括加高完成后、正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位时闸墩的受力状况、锚筋应力和结合面张开度。计算结果表明：锚筋的无黏接长度以100cm为宜；将边墩162m高程以上加高部分与旁边重力坝段加高部分连成整体，或在结合面张开最大的部位沿竖直向增加一排约束，均可有效减小混凝土竖直向应力，且对抑制结合面张开亦有较大作用。     

基于病害指数的大坝溃决可能性评价研究

较全面地总结了国内外大坝老化与病害评价研究成果,在此基础上,提出了以病害指数衡量大坝病害程度,给出了病害指数的计算方法,并根据病害指数值,将大坝病害程度及病险状况划分为相应的 5 个等级。建立了基于病害指数的大坝溃决可能性评价模型,提出了以溃决指数衡量水库大坝溃决可能性,并根据溃决指数值,将水库大坝溃决可能性划分为相应的 5 个等级。应用大坝溃决可能性评价模型评价了沙河集水库大坝溃决可能性,评价结果表明,根据溃决指数判定大坝溃决可能性具有较好的适用性。大坝溃决可能性评价模型可为病险水库大坝溃决可能性评价提供参考;建议推广应用该评价模型,并深化研究大坝病害演变规律及其与大坝溃决可能性的关联关系。     

石门坎拱坝坝踵底缝稳定性分析

随着拱坝高度的不断增加,坝体厚度不断减小,高拱坝坝踵破坏成为工程中非常棘手的问题。人们通过设置坝踵底缝来降低坝踵最大拉应力。但是设置底缝后,坝踵和底缝尖端部位是否稳定需要验证,目前人们对坝踵底缝稳定性判断主要采用断裂力学法,本文采用Drucker-Prage准则对坝踵和底缝尖端材料屈服性进行判断,同时对底缝的张开度进行分析。     

河口村水库工程坝线坝型方案比选

根据河口村水库坝址段地质地形条件,选择了4条坝址线,并对可行的3条进行了比选。通过对二坝址(线)混凝土面板堆石坝与沥青心墙坝、三坝址(线)的碾压混凝土重力坝及四坝址(线)混凝土面板堆石坝坝型进行技术经济比较可知,存在的地质问题都可以通过工程措施予以解决。进一步的研究和论证结果表明,修建混凝土重力坝和混凝土面板坝及沥青混凝土心墙坝在技术上均可行,二坝址(线)混凝土面板堆石坝方案在投资、工期及施工方面更具优势。     

镶嵌组合坝混凝土坝体结构体型探讨

通过对镶嵌组合坝中镶嵌混凝土坝的分析研究,初步探讨了镶嵌混凝土坝的体型特征对镶嵌组合坝应力应变的影响,为解决高面板堆石坝的安全性提出了一种思路。     

土坝运行年限对坝坡稳定的影响

大坝运行一定年限后,坝体受到各种外界条件影响使得筑坝材料各种力学参数产生变化,直接影响大坝边坡稳定,导致滑坡甚至渍坝。该文以宁南县竹寿水库为例,采用毕肖普法计算坝坡稳定安全系数,对比分析了大坝运行12年前后筑坝材料各种物理力学参数变化对坝坡安全稳定性的影响,证实了土石坝的筑坝材料参数值随运行时间增加而产生的变化,从而对坝体边坡的抗滑安全稳定性造成影响,也说明了水库大坝需要定期进行安全鉴定评价的重要性。     

大滩口水库坝前淤泥面加坝技术初探

以大滩口水库坝前淤泥面上利用加坝自重形成堆载,对水库淤积层进行预压固结为例,针对库区淤积物这类饱和软土具有高压缩性、高灵敏度、高流变性和低强度、低渗透系数的工程特性,借助堆载预压地基处理计算理论,进行坝前淤泥面上加固设计,探求加固机理,制定加荷计划,为类似工程设计及安全施工起到了重要的指导作用。     

坝体温度变化对碾压混凝土坝水平位移影响分析

文章以某碾压混凝土坝7号坝段作为示例,从坝体温度场下降和坝体温度受气温年周期性变化影响两个方面,采用有限单元法分析温度变化对大坝水平位移变形的影响幅度。计算与实测水平位移成果表明,坝体温度下降至稳定温度场过程对上下游向水平位移影响幅度为2 mm左右,气温年周期性变化对坝体下游面温度影响幅度为6℃~8℃时,水平位移影响幅度在1 mm以内。     

论筑坝材料性质对面板坝变形的影响

根据原型观测资料，较深入分析了堆石面板坝与砂砾石面板坝的变形特性，从而得出了砂砾石面板坝的变形仅为相应堆石板坝变形的１／５以下的结论。因此，用砂砾石填筑高２００￣２５０ｍ的面板坝，但其垫层下游的排水区应作为这种坝型稳定安全的一道关键性防线来设计。