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。     

多场耦合作用下高混凝土坝水力劈裂研究综述

阐述了混凝土结构水力劈裂的研究现状,结合多场耦合作用下高混凝土坝水力劈裂研究中存在的问题,从水工混凝土结构水力劈裂理论、试验技术、数值模拟和不同耦合条件下裂缝扩展研究等方面归纳了国内外的研究成果,提出了多场耦合作用下高混凝土坝水力劈裂试验仪器设备研制、试验测试技术、多场耦合作用下裂缝扩展机理及耦合机理、考虑结构裂缝任意性的数值模拟技术等尚待进一步研究的问题。     

高混凝土坝考虑水表面张力影响的水力劈裂研究

水力劈裂是200m以上高混凝土坝、高碾压混凝土坝需要重点关注的安全隐患。为深入研究高混凝土坝的水力劈裂机理,研发了一种新型混凝土高压水劈裂试件,利用该试件进行了相同条件下水力劈裂及气压劈裂对比试验。研究表明,在静态加压条件下,混凝土发生破坏的水力劈裂水压显著大于气压劈裂的气压,混凝土断裂过程区中水的表面张力对裂缝扩展有抵抗作用。基于试验,提出了水表面张力抵抗劈裂作用的表达式,利用混凝土断裂力学中的裂纹尖端应力强度因子法,构建了考虑水表面张力作用的混凝土水力劈裂模型,该模型计算结果与试验结果吻合良好。应用水表面张力模型分析200m级重力坝水力劈裂影响,可进一步改进考虑高压水劈裂的特高混凝土坝设计。     

岩体/混凝土结构水力劈裂研究进展

结合近年来的研究成果,梳理了近年来水力劈裂研究相关文献,从岩体/混凝土结构水力劈裂试验、机理及数值模拟方法等方面,总结了试验设备及测试技术、判据准则、缝内水压分布规律、数值模型和数值方法等方面的研究进展,实现了单裂隙水力劈裂试验研究及基于不同数值方法的数值模拟技术。指出了尚待深入研究的挑战性问题和发展方向有室内试验的高压水密封装置研制和多裂缝劈裂试验的数据采集、水力劈裂的损伤断裂混合判据研究、更加符合实际的流固耦合分析模型研究、非连续介质数值方法计算效率的提高及工程应用和不同数值方法的耦合应用技术研究等。     

重力坝高压水劈裂模拟方法与特高重力坝设计准则初步探讨

本文提出了全级配混凝土试件单轴拉、压应力作用下高压水劈裂模拟试验新方法,并运用断裂力学对试验结果进行了分析和参数校核,推导了判定重力坝坝踵是否会发生水力劈裂的分析公式。基于试验、计算分析和国内外高重力坝比较研究,初步给出了评估特高混凝土重力坝是否可能发生高压水劈裂的断裂力学条件,经比较可初步用于评判重力坝抗高压水劈裂能力。基于工程比较研究,提出了200m以上特高重力坝,设计准则中需要考虑高压水劈裂的影响。当前国内外采用的重力坝设计准则,对特高重力坝,尤其是碾压混凝土重力坝,都有可能出现偏于不安全的情况。     

重力坝高压水劈裂模拟方法与特高重力坝设计准则初步探讨

本文提出了全级配混凝土试件单轴拉、压应力作用下高压水劈裂模拟试验新方法，并运用断裂力学对试验结果进行了分析和参数校核，推导了判定重力坝坝踵是否会发生水力劈裂的分析公式。基于试验、计算分析和国内外高重力坝比较研究，初步给出了评估特高混凝土重力坝是否可能发生高压水劈裂的断裂力学条件，经比较可初步用于评判重力坝抗高压水劈裂能力。基于工程比较研究，提出了200m以上特高重力坝，设计准则中需要考虑高压水劈裂的影响。当前国内外采用的重力坝设计准则，对特高重力坝，尤其是碾压混凝土重力坝，都有可能出现偏于不安全的情况。     

重力坝水力劈裂破坏结构变形分析

混凝土重力坝变形特性分析对大坝结构安全评价具有重要的工程意义。为了分析水力劈裂对重力坝结构变形的影响,采用缩尺模型试验方法,构建大坝水力劈裂模型试验,研究了不同水压力分布状态和不同初始缝长的大坝水力劈裂变形特性。总结大坝水力劈裂全过程的结构变形规律得到:随着裂缝中水压力增加和结构初始缝长的增加,大坝的位移变形增大,位移全过程曲线转异特征点提前,大坝结构的破坏过程加速,大坝安全性能显著降低。     

某重力坝泄洪底孔水力特性的数值模拟研究

为了充分研究泄洪底孔的水力特性,利用FLUENT软件,采用标准 k～ε紊流数值模型和体积分数法（VOF ）自由表面追踪技术,对某重力坝泄洪底孔全程进行了三维数值模拟研究。数值模拟得到了设计和校核洪水位两种工况下,泄洪底孔的沿程水面线、压力以及流速分布等水力特性。数值模拟结果与模型试验数据对比分析显示,二者吻合较好。研究表明数值模拟在实际工程运用中是可行的。     

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。     

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。     

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。     

高混凝土坝温控防裂研究进展

本文从仿真分析理论方法、典型裂缝成因及防裂措施、高拱坝及RCC坝温控防裂要点、智能温控4个方面介绍了高混凝土坝温控防裂研究进展;开发了可模拟9个过程、3场耦合、3个非线性的SapTis仿真软件系统,并针对精细建模、计算规模大等要求进行了并行化开发;分析了混凝土坝典型部位的仓面裂缝、劈头裂缝、廊道裂缝及下游面裂缝,并提出了防治措施;给出了高拱坝及RCC重力坝的温度控制要点,主要包括高拱坝的通水冷却设置应重视强调中期冷却并严格控制降温速率,碾压混凝土重力坝应淡化基础温差,强化内外温差的温控措施,智能温控技术是确保温控施工质量的有效手段,可有效避免人工控温可能出现的各种失误,提高施工质量。最后就未来亟待开展的高性能计算、早龄期热力学参数、个性化温控分区标准等问题进行了介绍。     

特高重力坝考虑高压水劈裂影响的初步研究

本文设计了混凝土试件高压水劈裂模拟试验，可近似模拟无拉、压应力作用下混凝土结构的水力劈裂问题。用试验结果和断裂力学分析校正了有限元分析程序。通过对比分析和有限元计算，研究了大狄克逊重力坝(坝高285m)和假定的坝高216.5m重力坝考虑高压水劈裂的安全问题，结果表明，200m以上的特高重力坝除按无拉应力和抗滑稳定准则设计外，还应考虑高压水的劈裂影响。     

混凝土的温度裂缝及其裂缝稳定性初探

分析了大坝混凝土表面温度裂缝的成因、混凝土的破坏机理,以及模拟计算中的裂缝处理方法,并采用分布裂缝模型的处理方法,应用ANSYS软件对盐津桥拱坝重力墩在已知温度场下的温度裂缝进行了计算分析.还对该重力墩在温度荷载与外荷载共同作用所形成的复杂应力场下的裂缝计算分析,将其分析结果与仅仅在温度荷载作用下的裂缝分析结果进行了对比,并研究裂缝在使用期的稳定性.     

Seismic response of concrete gravity dam reinforced with FRP sheets on dam surface

This paper aims at exploring the effects of anti-seismic reinforcement with the fiber-reinforced polymer （FRP） material bonded to the dam surface in dam engineering. Time-history analysis was performed to simulate the seismic failure process of a gravity dam that was assumed to be reinforced at the locations of slope discontinuity at the downstream surface, part of the upstream face, and the dam heel. A damage model considering the influence of concrete heterogeneity was used to model the nonlinearity of concrete. A bond-slip model was applied to the interface between FRP and concrete, and the reinforcement mechanism was analyzed through the bond stress and the stress in FRP. The results of the crack pattern, displacement, and acceleration of the reinforced dam were compared with those of the original one. It is shown that FRP, as a reinforcement material, postpones the occurrence of cracks and slows the crack propagation, and that cracks emanating from the upstream surface and downstream surface are not connected, meaning that the reinforced dam can retain water-impounding function when subjected to the earthquake. Anti-seismic reinforcement with FRP is therefore beneficial to improving the seismic resistant capability of concrete dams.