高混凝土重力坝坝踵开裂对坝体静力学性能影响研究

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,水压的劈裂作用会严重影响坝体的安全性.基于大型有限无分析软件,建立重力坝非线性数值分析模型,人为地在坝踵沿建基面方向设置不同深度的裂缝,分析不同裂缝深度对高坝静力学件能的影响规律,以及缝内高水压的水力劈裂效应.研究结果表明,若裂缝深度较小,对满足设计规范无拉应力准则的坝来说,裂缝的存在对坝体位移、塑性区的影响较小,应力影响具有局部特性,但是对坝体的抗滑安全性影响较大;岛压水力的劈裂作用明显,在水力劈裂作用下已有的裂缝将较无水压作用时伸展更深,对坝体的安全性影响较大.     

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。     

混凝土损伤对重力坝可靠度的影响

混凝土重力坝运行若干年后或多或少都会出现一定的损伤,可能会严重影响重力坝的结构可靠度。基于混凝土损伤的基本原理,引入了损伤变量、有效应力和混凝土损伤模型等基本概念,利用材料力学原理建立了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,结合混凝土损伤及重力坝功能函数建立了极限状态方程。运用JC法对某一典型混凝土重力坝进行了实例分析,并针对坝高做了敏感性分析,得到了较为满意的结果。     

地震动和结构参数双重随机的重力坝抗滑稳定可靠度分析

地震动和坝体结构参数的随机性均对重力坝抗滑稳定可靠度有重要影响。首先建立了重力坝建基面抗滑稳定极限状态方程,将坝体水平和竖向惯性力随机过程的最大值作为随机变量,根据随机过程参数获得此随机变量的均值和方差,实现了将地震荷载和结构参数双重随机性问题统一到随机变量模式下;然后采用JC法分析了某实际工程重力坝建基面抗滑稳定可靠度,并结合地震发生的概率分析了该重力坝抗滑稳定的失效概率;最后采用正交试验法分析了各结构随机参数对可靠度和失效概率的敏感性。结果表明：本文提出将随机过程最大值作为随机变量的方法可以用于地震动和结构参数双重随机情况下的重力坝抗滑稳定可靠度分析;实例工程混凝土重力坝沿建基面抗滑稳定可靠指标为4.23,失效概率为0.001 17%;坝体材料密度、地基泊松比以及建基面黏聚力系数和摩擦系数对可靠度计算结果影响较为显著。     

某重力坝岸坡坝段上游面裂缝对工作性态影响分析

某重力坝岸坡两个坝段上游坝踵附近存在裂缝,考虑极端恶劣情况,即不考虑上游面裂缝前混凝土,采用有限元和材料力学两种方法对大坝工作性态进行分析,给出结构变形、应力和抗滑稳定安全情况.结果显示,存在裂缝时,坝体刚度减小,顺河向和横河向变形值增大,坝踵和坝趾压应力值较设计情况略有增加,未出现应力恶化现象;坝段抗滑安全系数略有减小,仍满足安全要求.整体来看,现有裂缝对结构工作性态不会产生明显影响,坝体可以安全运行.     

软弱夹层上的重力坝系统可靠度分析探讨

在结构系统可靠度的基础上,首次考虑,重力坝坝趾压坏,坝踵拉裂、沿建基面滑动和沿软弱夹层的坝基深层滑动四种主要失效模式在内的重力坝系统可靠度,并就其方法进行了探讨。结合实例分析了重力坝系统可靠度,并提出了方法和今后要做的一些工作。     

基于ANSYS的堆石混凝土重力坝强度及抗滑稳定分析

坝体的强度和抗滑稳定性是重力坝在建设过程中考虑的主要因素,通过现代技术和方法分析堆石混凝土坝体的强度和应力变化等特征对坝体安全稳定预估有着重要的作用。利用ANSYS软件对甘肃省天祝藏族自治县石门河水库堆石混凝土重力坝应力和抗滑稳定性进行计算,得到以下结论:各工况下坝体混凝土层、坝体混凝土与基岩接触面均满足抗滑稳定要求,但左挡水坝段3需要进一步考虑安全加固措施;整个坝体大部分区域处于压应力状态,在坝踵与坝趾处均存在应力集中点,在坝趾处应力有最大值3.82 MPa,且应力集中范围大于坝踵处;通过对比各工况坝内关键点的正应力、剪应力和主应力大小,发现各工况下该堆石混凝土重力坝均能满足强度要求,且坝体位移在正常范围内。     

混凝土重力坝局部等效应力法初探

在混凝土重力坝有限元应力分析中,坝踵和坝趾的应力随网格剖分尺寸的减小而急剧增大.针对该问题.提出局部等效应力方法.即对坝基面坝踵和坝趾局部区域进行局部等效处理.坝基面中间大部分区域仍采用有限元计算.通过对坝基面局部等效处理长度进行敏感性分析,认为坝踵、坝趾各取1/6～1/4坝底宽进行等效处理.可以得到较稳定的等效应力值,坝踵、坝趾处最小单元尺寸应在1/12～1/8坝底宽.进而基于局部等效应力法分析了坝基变模对坝体变形应力状态的影响,认为局部等效应力法能较好地反映坝基不同变形模量对坝体应力状态的影响.     

有限元等效应力法在重力坝强度分析中的应用

采用有限元法进行重力坝坝体应力分析时，坝踵、坝址的应力计算结果一直无法作为设计坝体断面的依据。本文将有限单元法所求得的应力合成截面内力，用材料力学公式求出重力坝建基面上任意点对应的线性化等效应力，并分析了影响有限元等效应力的各种因素。研究结果表明，有限元等效应力法有效地避免了坝踵、坝址的应力集中现象，解决了坝踵应力随网格的变化而变化的问题，计算出的建基面应力具有数值稳定性，得出的应力结果可以按现行的重力坝设计规范规定的应力标准评价重力坝坝体安全度。因此，结合有限元结果和等效应力法计算的坝踵、坝址应力结果，可为重力坝坝体强度的综合评定提供相应的依据。     

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。     

地质软弱带对重力坝坝体、坝基工作的影响分析

文章假定在重力坝坝基中存在不同位置的软弱带，对重力坝进行了整体非线性有限元计算，分析坝基软弱带对坝趾、坝踵及坝顶的位移、岩基与坝体在坝踵处的竖向正应力以及坝趾附近塑性区的变化情况，得出了坝基中软岩距坝趾的不同位置时，对坝体、坝基应力应变的影响的初步计算结果，可为重力坝坝线的选择提供参考数据。     

缓折坡建基面上的重力坝的稳定应力分析

为了更好地适应坝基地质条件,减小坝基开挖量,或为了提高坝的抗滑稳定性,有时将坝的建基面设计成缓倾角折线坡基面.采用ANSYS结构分析软件,对某一缓折坡建基面上的混凝土重力坝进行有限元分析,研究了不同缓倾角对坝体应力和稳定的影响,由此得出一些有益的结论,可供设计参考.     

基于ANSYS的重力坝建基面等效应力计算

采用ANSYS进行重力坝坝体应力分析时,坝踵、坝趾等角缘部位存在应力集中现象,转化为等效应力可以有效地避免这个现象,但ANSYS没有提供专门的等效应力计算模块.本文基于ANSYS软件计算重力坝应力,采用VB可视化编程直接访问ANSYS数据库,结合等效应力计算公式实现对重力坝建基面等效应力计算,并通过算例验证了其实用性、...     

消除混凝土坝坝踵拉应力集中的一种结构措施——设置坝踵块

混凝土重力坝及拱坝的坝踵是拉应力集中区,容易开裂,对大坝的安全运行有重大影响,国内外已有多座拱坝产生了严重的坝踵裂缝.为消除混凝土坝坝踵的拉应力集中,建议在基础灌浆廊道周边混凝土内设置两条结构缝,一条是从基础廊道至上游面的水平缝,另一条是沿廊道下游面至建基面的垂直缝,这两条缝把坝踵区的混凝土从坝体中分隔出来,形成独立的坝踵块,从结构上改善了坝踵的受力条件;同时给出了坝踵块的设计原则.     

基于模型试验的非溢流重力坝应力应变分析

采用模型试验法对某水利枢纽工程非溢流重力坝横断面上的应力和位移进行了试验研究,结果表明:坝体上游面出现了显著的拉应力集中现象,最大值出现在坝踵处,同时下游面出现了较大的竖直压应力,最大值出现在坝趾处,但应力值均小于坝体混凝土和地基的抗拉及抗压强度;坝体位移处于弹性状态,大坝运行状态较为正常.     

重力坝抗滑稳定分析

重力坝稳定性分析的主要目的是检验重力坝在各种可能荷载组合情况下的稳定安全度,应用刚体极限平衡法和有限元法对故县水工重力坝进行了稳定性分析,并对这两种方法进行了比较,指出:刚体极限平衡法将坝体假设为刚体,只考虑坝基面的抗滑稳定性,这与有限元法得到的结果基本一致,即坝体抗滑稳定薄弱点在坝基面处的坝趾处,有限元法对坝体的抗滑稳定性分析更为全面。     

基于FLAC3D和强度折减法的重力坝深层抗滑稳定性分析

新集水库重力坝坝基以青灰色泥质粉砂岩和粉砂质泥岩(K_1)为主,呈水平层理,互层状结构,层间结合较差且层厚较薄,易形成软弱结构面。一旦坝踵拉裂,在库水推力作用下,可能组合形成潜在的滑移面,产生层间滑移,导致坝址下游岩层弯曲隆起、破坏剪出,坝基抗滑稳定问题突出。为确定坝基可能滑移路径范围,结合新集水库重力坝坝段建立不同深度潜在滑移面的数值模型,采用强度折减法进行坝基稳定性分析。结果表明,最危险滑移路径处于坝基面以下浅层,滑移通道为从上游坝踵拉裂区近直线向下游坝趾区滑出。新集水库重力坝坝段抗滑稳定性能满足规范要求。     

高重力坝底孔坝段有限元静动力分析研究

某200m级的碾压混凝土重力坝坝基地质条件复杂,两条断层分别位于坝踵、坝趾附近岩体的关键部位,对坝基、坝体的变形、应力、抗滑稳定性等有较大的影响,因此有必要采用有限元法复核该坝在静动力作用下的应力变形。建立了该坝底孔坝段的三维有限元模型,分别以规范反应谱、场地反应谱为目标谱合成了设计地震、校核地震下共四条人工地震波,然后对该底孔坝段模型在九种工况下进行了静、动力分析,并对坝体关键部位的主应力按极限状态公式进行了强度验算。结果表明:在静力、设计地震、校核地震作用下,底孔坝段坝踵垫层混凝土和上、下游折坡处材料抗拉强度均满足要求;坝趾的抗压强度也满足要求,并且具有较大的安全裕度;场地谱人工波的计算结果与规范谱人工波的结果很接近。     

岩基上重力坝抗滑 稳定的可靠度分析

本文提出了一个失稳破坏概率的计算方法,用以分析岩基上重力坝沿坝基面的抗滑稳定可靠度,并对一些具体问题作了分析.分析结果表明,国内几个工程的重力坝的失稳破坏概率小于10~(-9);传统抗滑稳定安全系数不能均匀地控制坝的抗滑稳定可靠度.     

稳定渗流条件下水位变化对重力坝稳定性影响

采用有限元法对某重力坝在上游不同水位时的稳定性进行计算,研究了在水位降低过程中重力坝坝基的滑裂面分布、抗滑稳定系数、塑性破坏区及剪应力分布,结果表明:随着上游水位的降低,重力坝坝基滑裂面有往坝体内部发展的趋势,滑裂面从高水位的折线型滑动变为低水位的圆弧型滑动;上游水位降低后,重力坝坝基抗滑稳定系数逐渐增大,上游坝踵集中分布的塑性破坏区范围逐渐减小,防渗墙上游侧的剪应力有所增大,而下游侧的剪应力则有所减小。计算成果对类似的中小型工程的稳定性分析有一定借鉴作用。