重力坝采用预应力技术的断裂力学研究

以断裂力学理论为基础,运用有限单元法对混凝土重力坝采用预应力技术进行了研究,揭示出预应力可有效抑制坝踵裂缝的扩展,大大地提高了重力坝的安全度;并且指出预应力的最优数值和位置,对于在重力坝上推广预应力技术有一定的参考价值.     

空腹重力坝的断裂力学研究

通过分析空腹重力坝坝踵应力的奇异性,提出采用断裂力学理论对空腹重力坝进行研究.用有限元法分析了空腹重力坝的腹孔面积、腹孔位置和腹孔形状对坝踵裂缝尖端应力强度因子的影响,得出了空腹重力坝的最优断面,对空腹重力坝的设计有重要的参考价值和指导意义     

地基弹性和坝踵裂缝对重力坝动力特性的影响

本文采用特解边界元法，分析了地基弹性和重力坝坝踵水平裂缝对坝体自振特性的影响，并将特解边界元法推广应用到两个区域问题。所得结论为工程设计提供有价值的依据。     

不同坝型重力坝水下接触爆炸特性研究

近半个世纪以来,中国成为世界上建坝数量最多的国家。需要评估爆炸荷载对于大坝的安全的影响。本文为研究水下不同炸点接触爆炸对混凝土重力坝上游有折坡段和上游无折坡段两种坝型的动力响应以及破坏状态影响,进行了两种坝型的混凝土重力坝水下接触爆炸的动力响应及损伤破坏特性的对比分析。利用数值模拟方法计算了炸药在空气中爆炸对于混凝土板的损伤破坏,并与物理实验的结果进行对比。通过计算结果对比验证了所使用数值模型的正确性和可靠性。以混凝土重力坝上游有折坡段和上游无折坡段两种坝型为研究对象,考虑炸药-库水-空气-混凝土重力坝结构之间的动力耦合关系,对比分析了水下接触爆炸冲击荷载作用下,两种坝型的挡水坝段坝体的动态响应及损伤破坏分布特性。通过对比分析可知：混凝土重力坝上游有折坡段的挡水坝段减小了水下接触爆炸对坝体的加速度、速度及位移的动力响应。混凝土重力坝上游无折坡比有折坡坝型的挡水坝段在水下接触爆炸冲击荷载作用下损伤范围更大、更为严重。通过以上结果可得到结论：混凝土重力坝上游折坡段可以有效地散射爆炸产生的应力波,减小混凝土重力坝的损伤破坏程度。     

弹性地基上重力坝坝踵界面裂缝断裂可靠度分析

本文用特解边界元法及蒙特卡罗边界法计算了弹性地基上重力坝坝踵界面裂缝的断裂可靠度,找出了断裂韧度的均值是影响坝踵界面裂缝可靠度的主要因素,同时指出:区分裂缝的类型对断裂可靠度计算来说是十分重要的。文中还定量分析了地基刚度对裂缝断裂可靠度的影响。计算结果表明:地基刚度对裂缝断裂可靠度的影响甚大,不可忽视。计算还表明:扬压力对断裂可靠性来说仍是一种极为不利的因素。     

重力坝坝踵界面裂缝的地震断裂分析

针对有限元方法计算异弹模界面裂缝程序繁琐的问题，利用特解边界元法，对重力坝坝踵区界面裂缝在地震作用下的应力强度因子变化规律进行了探讨，得出了应力强度因子KI,KⅡ，K0随弹模比的增加而减少，随裂缝长度的增加而增加，地震动水压力对重力坝裂缝影响较大。算例表明，特解边界元法是计算非均质裂缝动态断裂的有效方法。     

确定重力坝坝踵切口应力强度因子的公式及其有限单元法

本文首先把大坝上游面与基础面组成的平面角看作为切口上受分布水荷载和均布水荷载作用的V型切口,从构造这种切口尖端附近的应力函数出发,推导出了切口尖端附近应力场和位移场的近似表达式;其次,通过实际算例论证了用有限单元法,采用常规单元计算V型切口应力强度因子的可行性;最后,计算了在水压超载和不同坝高情况下重力坝坝踵切口的应力强度因子k_1、k_2,同时还与采用文献[1]公式的计算结果进行了比较。计算分析表明:考虑坝踵切口水荷载和坝体体力时所得应力强度因子是合理的;对于纸坝,断裂破坏的可能性很小;对于高坝,断裂破坏的可能性较大,应该进行拉剪和压剪的断裂分析。     

重力坝均质坝基的失稳机理研究

本文通过数值模拟重力坝均质坝基的破坏过程,对其失稳机理进行了分析研究。结果表明,坝基的破坏主要表现为坝踵裂缝的延伸和坝趾附近基岩剪切屈服区的扩展。当屈服区在坝基浅层形成上下游贯通时,坝基承载能力达到极限值,大坝沿塑性屈服层滑移,从而导致整体失稳。     

排水系统对灰坝渗流与稳定的影响分析

以河门口火电厂西沟灰场土坝为例，选择了两个控制断面及四种工况就其排水系统对坝体浸润线与坝坡稳定性的影响予以分析，认为灰坝上游铺设排水是保证坝坡稳定的关键，而当其上游排水失效时，坝基排水带对降低坝体浸润线和保持坝坡稳定效果显著，可见灰坝上游加坝基排水方式是符合其工程特点的。     

扩展有限元法在重力坝断裂分析中的应用研究

扩展有限元法是近年来发展起来的分析不连续问题(特别是断裂问题)的一种有效方法。介绍了扩展有限元法的基本原理,给出了采用扩展有限元法进行裂纹扩展分析的方法,最后采用扩展有限元法模拟了混凝土重力坝坝踵裂缝扩展过程,分析了其变形、应力场分布规律。算例表明扩展有限元法在进行断裂分析时克服了常规有限元法的缺点,避免了常规有限元法在分析断裂问题时繁琐的前处理过程,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,展示了扩展有限元法在大坝开裂分析中的独特优势。     

抗拉强度空间变异性对重力坝地震开裂的影响分析

由于施工质量不均匀和混凝土自身的非均质性,重力坝坝体混凝土强度具有空间变异性,这一特性会对大坝的抗震性能造成影响,而当前的重力坝地震动力分析中很少考虑混凝土强度参数的空间变异性。应用随机场理论构建大坝抗拉强度的空间变异随机场,采用中心点法离散随机场并构建自相关函数得到相关系数矩阵,对相关系数矩阵进行Cholesky分解和线性变换,结合独立标准正态分布样本矩阵生成相关对数正态分布样本矩阵,实现抗拉强度空间变异性的抽样模拟。考虑混凝土抗拉强度的空间变异性,采用混凝土塑性损伤模型对Koyna重力坝进行地震非线性动力分析,基于统计意义研究了坝体裂缝条数、裂缝深度、上游面裂缝分布范围和坝顶位移等动力响应特征。成果分析表明：考虑抗拉强度的空间变异性后,Koyna重力坝动力响应具有明显的离散性,且上游面裂缝条数增加后导致坝顶水平位移整体偏向下游,垂直位移整体上抬,残余位移增大;同时裂缝深度均值较均质材料情况增大,坝体震损程度总体加剧;Koyna重力坝实际观察到的裂缝位于计算得到的裂缝分布范围之内。对抗拉强度变异系数和水平向自相关距离的参数敏感性分析表明,坝体动力响应的均值和变异性随变异系数的增大而增大,但对抗拉强度的水平自相关距离变化不敏感。     

基于强度折减法随机裂隙岩体结构稳定性分析

克服裂隙岩体确定性分析方法的局限性,采用有限元强度折减法对节理裂隙随机分布的重力坝安全稳定性进行评价。运用Monte-Carlo方法,生成二维和三维随机节理裂隙网络模型,模型较为真实的还原了节理裂隙的分布情况;针对重力坝只含软弱夹层和同时含软弱夹层和节理裂隙两种情况,采用强度折减法对比分析其塑性区和水平位移变化情况。研究结果表明,含节理裂隙的重力坝坝基内部塑性区较多,且局部破坏严重,坝体的水平位移相对较大。该结果可为裂隙岩体地下工程的安全和稳定性研究提供参考。     

基于裂缝扩展准则的混凝土重力坝裂缝扩展全过程数值分析

将裂缝扩展准则应用于混凝土重力坝裂缝扩展全过程分析,结合虚拟裂缝模型计算了经典混凝土重力坝模型的断裂特性,并与其他数值方法进行了对比。结果表明：利用该数值方法得到的混凝土重力坝模型的外荷载一裂缝口张开位移曲线及裂缝扩展路径与试验结果均吻合良好;当给定了混凝土材料的起裂断裂韧度、断裂能、抗拉强度等参数后,即可采用该数值方法对混凝土重力坝裂缝扩展全过程进行分析。     

略论重力坝抗剪摩擦系数的选择

在我国,岩基上重力坝的抗滑稳定往,以往普遍采用不计及凝聚力的摩擦公式计算。抗剪摩擦系数(简称摩擦系数)值的大小,对重力坝工程的安全性与经济性的影响颇大。本文目地在于:1、论证我国重力坝的抗剪摩擦系数取值一般偏低,2、提出抗剪摩擦系数的推荐值供中小型重力坝工程设计中使用,以求降低工程造价。     

Detection of subcritical crack propagation for concrete dams

Subcritical propagation of cracks is a warning sign of fracture. If such propagation is detected at an early stage, timely maintenance measures can be taken to prevent the failure of structures. To detect the subcritical propagation of a crack, the crack needs to be monitored continuously in a long term, which is not realistic under certain conditions. However, cracks in concrete dams can be monitored continuously by dam monitoring to offer possible detection for subcritical propagation. In this paper, with measured crack openings from dam monitoring, a state equation for characterizing crack development is established based on the grey system theory. The relation between the stability of the equation and the subcritical crack propagation is investigated, then a criterion is proposed for detecting subcritical propagation. An example demonstrates the validity of the criterion and its potential for practical application.     

重力坝岩基破坏过程的计算机动态仿真研究

本文针对重力坝岩基的受荷变形特征及可能破坏形态,就无量纲分析、破坏准则、破坏后效以及应力场与渗流的耦合进行了分析探讨,提出了模拟坝踵裂缝的“裂缝法”,并利用所研制的坝基破坏全过程动态仿真程序进行了算例计算。     

Influence of construction interfaces on dynamic characteristics of roller compacted concrete dams

To study the influence of construction interfaces on dynamic characteristics of roller compacted concrete dams(RCCDs),mechanical properties of construction interfaces are firstly analyzed. Then, the viscous-spring artificial boundary(VSAB) is adopted to simulate the radiation damping of their infinite foundations, and based on the Marc software, a simplified seismic motion input method is presented by the equivalent nodal loads. Finally, based on the practical engineering of a RCC gravity dam, effects of radiation damping and construction interfaces on the dynamic characteristics of dams are investigated in detail. Analysis results show that dynamic response of the RCC gravity dam significantly reduces about 25% when the radiation damping of infinite foundation is considered. Hot interfaces and the normal cold interfaces have little influence on the dynamic response of the RCC gravity dam.However, nonlinear fracture along the cold interfaces at the dam heel will occur under the designed earthquake if the cold interfaces are combined poorly. Therefore, to avoid the fractures along the construction interfaces under the potential super earthquakes,combination quality of the RCC layers should be significantly ensured.