寒冷地区沥青混凝土心墙坝研究现状分析

国内外的沥青混凝土心墙坝迅速建设,其具有诸多优点,成为了重要的坝型之一。但是到目前为止,沥青混凝土心墙坝在设计与建设方面都是凭经验,大坝的设计评价指标完善、沥青混凝土配合比设计及试验优化降低工程造价、数值模拟本构模型的正确选取、坝体分区之间的相互作用、高坝的建设都是亟待研究的课题,为以后工程建设提供一定的理论基础,具有很好的应用前景。     

心墙掺砾黏土料静力本构模型的对比分析

掺砾黏土广泛应用于高心墙堆石坝,掺砾黏土本构对大坝的数值模拟至关重要,但目前对于掺砾黏土本构适用性的研究较少。研究采用广义塑性模型以及邓肯E-B模型,分别标定了某300m级高心墙坝掺砾黏土料的静力计算参数,并结合该高坝进行二维有限元静力计算,同时分析两种模型下心墙在填筑期与蓄水期的竖向变形。结果表明邓肯E-B模型参数简单,计算结果偏于安全,而广义塑性模型参数复杂,计算结果偏于精确。更多还原     

当前混凝土坝建设中的几个问题

本文就混凝土坝建设中的几个问题进行讨论,指出大坝安全是混凝土高坝的关键问题,分析了混凝土坝的破坏条件和安全系数的取值。指出由于样本太少,可靠度理论应用于混凝土坝设计无实际意义。指出了拱梁分载法的固有缺点,包括计算基础变形的Vogt系数过于粗糙,不能计算库水影响及施工过程的影响等。提出了改进混凝土坝安全评估的方法,对于一般的拱坝和重力坝,可采用有限元等效应力法,对于重要工程应进行全坝全过程有限元仿真分析。建议研究混凝土长期持荷强度和混凝土振捣密实度无损检测方法。指出通过全面温控、长期保温,可结束“无坝不裂"的历史。     

动态循环荷载下大坝混凝土拉压转换损伤本构模型构建及影响研究

目前混凝土坝抗震安全评价中,对于动态循环荷载下大坝混凝土损伤本构模型中从受拉状态向受压状态转变过程(拉压转换)中的混凝土弹性模量变化,一般都基于商用软件ABAQUS的"单边效应"假设,认为混凝土弹性模量立即恢复为初始弹性模量。上述假设的合理性缺乏试验验证,直接影响混凝土坝抗震安全评价的可靠性。通过对全级配大坝混凝土拉压转换全过程试验成果的观察分析,发现混凝土从受拉状态进入受压状态后弹性模量并非立即恢复为初始弹性模量,而是由损伤后弹性模量连续渐进恢复至初始弹性模量,期间原有的受拉残余应变在压应力作用下迅速减小到较小数值,因此ABAQUS的"单边效应"假设并不符合实际情况。本文以全级配大坝混凝土拉压转换全过程试验成果为基础,提出受拉损伤发生后,拉压转换时受压应力应变关系采用双折线模型的思路,据此推导了相应的应力-应变关系解析表达式,构建了更接近混凝土拉压转换时真实状况的本构关系数值模型。通过实际工程的计算分析,发现常用的受压弹性模量立即恢复为初始弹性模量的损伤本构模型过高估计了坝体刚度,可能带来偏于不安全的评价结果。     

混凝土坝安全评估的有限元全程仿真与强度递减法

文献[1,2]中首先提出了混凝土坝安全评估的有限元全程仿真与强度递减法,简称SR方法。笔者将进一步系统地阐述SR方法的基本原理、合理性和良好应用前景。首先指出混凝土坝安全评估必须满足的3个基本原则,即荷载与应力状态符合实际、材料破坏准则和本构关系符合实际,以及强度参数符合实际,SR方法可以完全满足这3个原则。然后指出,SR方法可以实现混凝土坝安全评估的6个统一,即:应力分析和稳定分析方法的统一;拉、压、剪等各种破坏形式分析的统一;坝体分析和基础分析的统一;正分析与反分析的统一;施工期分析与运行期分析的统一;设计、施工、运行各阶段评估方法的统一。采用SR方法对混凝土坝进行安全评估,有可能避免许多混凝土坝事故,提高坝的安全度,具有良好的应用前景。     

混凝土重力坝在地震荷载下的稳定分析

采用混凝土损伤塑性本构模型,利用有限元分析软件ABAQUS进行混凝土坝的结构计算,分析某混凝土坝在地震荷载下的响应,分析结构的稳定性和任意荷载作用下结构的破坏情况.计算结构表明:采用混凝土损伤塑性本构模型,利用有限元分析软件ABAQUS进行混凝土坝的结构计算,可以更加直观反映混凝土坝的应力、应变和整个坝坡破坏发展过程....     

高混凝土坝抗震安全评价的关键问题与研究进展

本文总结介绍了高混凝土坝抗震安全评价方面的最新研究成果,包括震源破裂-传播介质-坝址峡谷地震动的超大规模数值模拟、坝体-地基-库水系统的非线性动力损伤开裂分析、混凝土动力特性的试验与细观数值仿真、基于性能的高坝抗震安全风险评估等内容。最后总结了高坝抗震研究的发展方向,并提出了综合考虑社会、经济、环境与工程的抗震安全风险评价体系研究思路。     

基于应力-渗流-损伤耦合模型的重力坝三维水力劈裂数值模拟

裂缝的高压水力劈裂是混凝土高坝安全评估的重要部分。目前,重力坝水力劈裂的数值模拟绝大多数是二维的,对于坝体上游面经常出现的竖直裂缝的三维水力劈裂的数值研究几乎为零。本文提出一种应力-渗流-损伤耦合模型,用于混凝土重力坝三维水力劈裂的模拟。采用该耦合模型,模拟了一个内置裂缝的圆柱体试件的水力劈裂,数值结果与试验结果吻合很好,验证了所提耦合模型的合理性。在此基础上,采用该耦合模型,进行了国内某混凝土重力坝三维水力劈裂的模拟,数值模拟得到的损伤区域与设计院根据安全监测实测结果得到的范围基本吻合。研究结果表明:本文耦合模型可以方便、有效地进行重力坝三维水力劈裂的模拟,评估表面裂缝的危险程度。     

基于细观损伤的混凝土力学性能数值模拟研究进展

系统综述了基于细观损伤的混凝土力学性能数值模拟的研究现状,介绍了细观损伤力学在混凝土性能分析中的应用。重点对微平面模型、二维格构模型、随机粒子模型、细观结构模型、可考虑微裂纹间相互作用的细观损伤模型、基于弹性损伤本构关系的细观结构模型及Gurson细观损伤模型等几种常用的基于细观损伤的混凝土本构模型的优、缺点进行了比较。最后指出了以后有待进一步研究的问题。     

物质点法在椭圆骨料混凝土损伤模拟中的应用

为研究混凝土结构的宏观力学响应及损伤行为,应用物质点法这一新型数值方法对椭圆骨料混凝土进行数值模拟研究。基于蒙特卡罗模拟方法,考虑混凝土的细观结构,提出了一种构建随机椭圆骨料混凝土细观几何模型的方法。在该几何模型的基础上,进一步提出一种快速建立混凝土细观物质点模型的方法。分别以弹塑性损伤本构模型和弹性本构模型模拟砂浆和骨料的力学行为,采用开发的物质点法程序对混凝土数值模型进行了单轴拉伸及单轴压缩数值试验。结果表明,物质点法模拟所得的结果与设计规范及有限元结果相近。可见,物质点法为混凝土结构损伤行为的数值模拟提供了一条可行的途径。     

混凝土坝工程长效服役与风险评定研究述评

我国混凝土坝工程无论数量、高度、规模均居世界前列,大坝长效服役的健康状况不仅关系到整个工程的安危,而且对经济建设、社会安定与生态安全等具有重大影响。在对我国混凝土坝工程建设与安全现状进行阐述的基础上,从混凝土坝材料性能演化、隐患病害监测与检测、施工质量控制、安全风险管理与评定等方面,论述了混凝土坝长效服役与风险评定理论、方法及其技术的研究现状。认为今后应加强多破坏因素耦合作用下混凝土坝材料性能演化规律、大坝隐患病害与施工质量的全方位智能化监控、水库大坝风险标准与实用化评估、溃坝概率计算和后果评价等方面的深入研究,以建立和完善混凝土坝长效服役保障与提升的理论和方法体系。     

混凝土重力坝功能叠合区坝体应力计算方法探析

基于重力坝功能叠合区受力结构体系复杂、不易评价坝体应力安全的特点,以某水利枢纽工程的混凝土重力坝的安装间坝段为例,对坝体应力计算模型的建立、计算方法的选择以及计算结果进行了对比分析。分析计算过程中,采用材料力学方法在高水位工况坝体上游面出现了约0.1Mpa的拉应力,然后通过建立考虑结构整体受力的计算模型和采用有限元法计算,得出了所有工况坝体均处于受压状态的合乎标准要求的结果。研究表明,对于类似功能叠合区的特殊体型的大坝坝体应力分析计算,如果采用偏保守简化的计算模型和材料力学法进行计算,得出的计算结果过于保守,并影响安全评价结论;因此采用有限元方法,通过细化计算模型,进行更切合实际的受力分析,以便得出更加准确的大坝安全性评价结论。     

浅谈高坝建设中的可靠度风险分析

在新的世纪中,我国将迎来水电开发建设新的重要发展时期,一批高坝正要或将要开工建设。这些高坝若发生破坏,除工程破坏本身引起的经济损失外,其次生灾害带来的后果极其严重。推进高坝风险的定量分析是坝工建设本身迫切需要解决的问题。因此,在高坝建设中引入风险理论,结合工程可靠性分析进行高坝可靠度风险分析具有重要的工程和社会实践意义。其基本研究思路应以重大水电工程实践为背景,以可靠度理论、随机力学、风险分析理论为基础,进行大坝风险分析的交叉科学研究,需采用现场实测资料,社会调查,力学数值模拟相结合的技术路线。其主要步骤应以风险分析的四级结构展开,包括大坝系统组成形式研究、主要风险因子对大坝系统安全影响的研究、关键单元可靠度研究、大坝体系可靠度研究、大坝系统风险分析研究、安全保障关键技术研究等。     

混凝土大坝的抗震安全评价

本文论证了混凝土大坝重点是高拱坝的抗震安全评价的实践与发展现状。现有的评价准则主要依据混凝土的强度，特别是抗拉强度来判断大坝的安全性。大坝的应力计算则以弹性动力分析为基础。各国规范关于地震设防水平和大坝的容许拉应力数值有很大差别，表明认识上的不一致。事实上，由于各坝坝高、坝型、地形、地质条件不同，地震时坝身中某一部分产生的最大拉应力不足以全面反映大坝的抗震安全性。混凝土的动态强度是大坝抗震安全评价中的一个薄弱环节。大坝抗震设计中目前只依据Raphael进行的局部加载速率的试验结果选取混凝土的动强度。实际上，地震作用下，不同的坝不同部位的应变速率是不相同的，而且混凝土的动强度还和应变历史、初始静抗压强度、含水量以及尺寸效应等许多因素有关，有待作深入研究。在以上分析基础上，文中建议了混凝土大坝抗震安全评价的合理方法以及进一步的研究方向。     

混凝土重力坝动力弹塑性损伤安全评价

本文利用能考虑混凝土软化并可反映实际损伤耗散的模型，对结构进行动力损伤分析，用损伤量这一表明材料或结构渐进破坏的指标，并结合结构应力重分布，对大坝进行地震安全评价。对Koyna坝动力弹塑性损伤分析结果表明，大坝的最大拉应力、最大压应力和损伤分布与Koyna大坝实际破坏情况大致相符，验证了计算模型的有效性。将其应用于三峡大坝的一个非溢流断面，得到地震作用下的弹塑性损伤响应，并据此评价大坝结构的安全性能和超载潜能。研究表明，利用损伤力学进行混凝土重力坝安全评价将取得较合理的结果，损伤是除应力之外对结构安全评判的可信指标。     

渗漏溶蚀混凝土坝力学性能的空间变异性研究综述

概述了国内外混凝土坝渗漏溶蚀的现状;从材料学的角度,基于已有试验和理论研究成果,综述了水工混凝土的溶蚀及力学性能衰变特性;从工程结构学的角度,总结了渗漏溶蚀影响下的坝体混凝土力学性能的空间变异规律;归纳了渗漏溶蚀混凝土坝物理力学参数的空间变异性,论述了可描述坝体力学性能空间变异性的随机场模型,及可评价坝体动力性态的随机有限元动力分析方法的研究进展;指出水工混凝土结构渗漏溶蚀机理、渗漏溶蚀混凝土坝力学性能的空间随机场模型、渗漏溶蚀对混凝土坝动力性态的影响评价方法等方面亟待深入研究。     

高土石坝建设的若干应用基础研究问题

筑坝材料的静、动力工程特性与土石坝静力和地震动力分析及评价方法研究是岩土力学的重要内容，岩土力学随土石坝建设的发展而发展。本文总结了高土石坝建设发展的一些新情况和新趋势，提出了若干需要重点研究的应用基础问题，包括：覆盖层工程力学特性研究；粗粒料工程力学特性试验模拟方法研究；复杂高应力下筑坝材料的变形和强度特性研究；土石坝堆石料长期变形问题研究；覆盖层与上部建筑物相互作用的数值分析方法研究；高土石坝综合评价方法和评价标准研究；覆盖层处理技术研究；高土石坝抗震研究等。     

混凝土坝的数字监控

文中提出一个新的理念:混凝土坝的数字监控.目前大坝监控依靠仪器,仪器观测资料对于监控大坝工作状态是重要的,但它们不能给出大坝的应力场和安全系数,因此,笔者建议在仪器监控之外,增加数字监控,利用全坝全过程仿真分析,在施工期即可给出当时温度场和应力场,并可预报运行期的温度场、应力场及安全系数,如发现问题可及时采取对策;在运行期可以充分反映施工中各项因素的影响,对大坝作出比较符合实际的安全评估.通过反分析,仪器观测资料在数字监控中也得到利用.在数字监控的基础上,适当扩充,可以建立数字大坝,有利于大坝的管理.在目前条件下,利用一台微机每周上机一次,即可完成全部计算,运用方便,所费不多,收效显著.     

高拱坝稳定安全度研究综述

针对我国西部兴起的高拱坝建设热潮,对目前高拱坝稳定安全度的分析方法进行了总结,主要方法有柔度系数法、安全系数法、可靠度方法和模型试验法。总结了拱坝的失效模式和失稳判据;对工程中最常用的安全系数法,系统阐述了计算安全度的数值方法和最新进展;得出拱坝安全度控制标准由局部安全度向整体安全度转变、安全度分析方法由确定性方法向不确定性方法发展的结论,另外常规的拱坝稳定数值分析方法如刚体极限平衡法和有限元法得到不断完善,新型数值方法在拱坝稳定分析中也有很好的应用前景。     

特高拱坝动态安全风险分析系统研发及应用

针对特高拱坝运维期内结构安全风险的动态性和复杂性,以及失事后果严重性,基于层次分析法、模糊理论和定量风险评估分析法,利用SQL Server数据库和Visual C#.NET编程技术,研发了一套特高拱坝动态安全风险分析系统。根据特高拱坝的荷载结构特性、安全监测仪器种类繁多和安全监测体系布置复杂的特点,构建了适应不同监测类型和大量安全监测数据的数据库,以及基于监测数据、巡视检查和物探检测的特高拱坝安全综合评价体系,确定特高拱坝事故发生的可能性级别。借助当量法量化分析事故损失,并以此确定损失的级别。最后结合特高拱坝事故发生的可能性级别和由此引起的损失级别,通过风险矩阵评估特高拱坝动态安全风险等级。