龙滩碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析

结合龙滩碾压混凝土重力坝的渗透特性,考虑碾压混凝土层面渗流及其力学效应以及坝体应力状态对层面渗透性的影响,采用碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型及其有限元数值解法,对龙滩碾压混凝土重力坝进行了渗流场与应力场耦合分析,为工程设计提供了参考依据.     

龙滩碾压混凝土重力坝渗流场与应力场耦合数值模拟

龙滩碾压混凝土重力坝最大坝高216．5m，位于中国广西壮族自治区红水河上。本从碾压混凝土坝的渗透特性出发，分析了碾压混凝土坝层(缝)面渗流与坝体应力相互影响的耦合机理：层(缝)面渗流向层(缝)壁面施加法向渗透压力和切向拖曳力来影响坝体应力，坝体应力改变层(缝)面的等效隙宽来影响渗流；进而提出了碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型，讨论了该耦合模型的有限元数值解法，并进行了龙滩碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合数值模拟。从数值模拟结果可以看出，耦合作用使各应力分量增大，而且使坝踵附近的应力集中现象加剧。     

龙滩碾压混凝土坝稳定渗流场与稳定温度场耦合分析

渗流通过参与热量传递与交换影响温度分析，温度通过改变介质渗透系数和温度势梯度引起水流运动来影响渗流场，两者相互作用最终达到珠渗流场和温度场,应用混凝土坝渗流场和温度场耦合分析的数字模型，进行了龙滩碾压混凝土重力坝稳定渗流场和稳定温度场的耦合分析，结果表明，耦合作用使龙滩坝稳定温度场温度普遍降低，稳定渗流场水头普遍升高。     

龙滩碾压混凝土坝渗流场对应力场的影响

结合龙滩水电站工程，分析碾压混凝土重力坝坝体及碾压层（缝）面渗流的特点，提出碾压混凝土坝渗流的渗透静水压力和渗透动水压力及其对坝体应力的影响机理，采用有限元数值方法计算出渗流场影响下的龙滩坝应力场分布。可以看出，由于渗透静水压力和渗透动水压力的作用，使坝体各应力分量最大值增大，也使坝踵处应力集中现象加剧。     

碾压混凝土坝及龙滩碾压混凝土重力坝的渗流特性研究(一)

据室内含层面和不含层面碾压混凝土试件的渗透试验结果，碾压混凝土坝现场压水试验结果以及某些已建碾压混凝土坝实际运行情况，针对碾压混凝土坝为一成层材料结构体的特点，本文用隙面缝隙渗流理论和传统的多也隙介质体达西渗流理论，提出惰压混凝土坝的渗流基本理论和渗流基本特性，最后对拟将开工建设的龙滩高碾压混凝土重力坝的渗流特性进行了数值分析。     

渗流影响下碾压混凝土坝的位移分析

层面是碾压混凝土的薄弱面，具有强透水性，因此针对碾压混凝土这种特点，提出以薄层单元模拟碾压混凝土层面，用应力场和渗流场耦合的粘弹性模型分析坝体位移的方法，并应用于沙牌碾压混凝土拱坝。     

碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合作用的研究

作者视成层浇筑而成的碾压混凝土在强度和渗流特性上都为横观各向同性体，给出描述南体渗透各向异性的渗透张量和线弹性变形的５个弹性特性常数的算式，并论述了求解压混凝土坝渗流场和应力场的有限单元法。据碾压混凝土圆筒体试件在层面法向荷载作用下的室内径向渗透模型的耦合作用试验结果，建立碾压混凝土坝中渗流场与应力场耦合作用的耦合算式及解耦算法，其中用单元开裂裂缝分布模型考虑了坝体层面及混凝土本体在任何可能方向上     

龙滩水电站大坝渗控系统的设计与实施

龙潍水电站200 m级碾压混凝土重力坝渗控系统是大坝设计和施工的重点.针对工程实际情况,详细阐述了龙滩碾压混凝土重力坝采用全断面碾压混凝土,坝面采用变态混凝土与二级配碾压混凝土组合防渗形式方案的设计、施工、缺陷处理,结果表明,大坝渗流控制系统的实施效果较好,层面闻扬压力较小.     

龙滩碾压混凝土重力坝有限元分析研究

为了全面掌握龙滩碾压混凝土重力坝在各种荷载组合下,大坝、特别是坝内孔口周边的应力状况,坝趾、坝踵及层面上、下游的应力、应变状况,采用有限元[1,2]对龙滩碾压混凝土重力坝两种设计坝型在各种静、动荷载作用下的应力和变形进行了计算分析,得出了坝体的位移场和应力场;采用传统的材料力学法对静荷载工况和反映谱法、时程动力法对动载工况的计算成果分别进行了验证,说明有限元分析成果的正确性和合理性.     

基于COMSOL Multiphysics的重力坝渗流场与应力场耦合分析

借助COMSOL Multiphysics软件强大建模与计算功能,建立混凝土重力坝断面二维渗流场与应力场耦合模型,选择结构力学模块和描述流体流动的Richards方程模块,利用出渗面混合边界求解方法确定渗流自由面,以此研究正常蓄水情况下渗流场和应力场耦合作用的影响,并与不考虑耦合作用进行对比。结果表明:(1)考虑与不考虑耦合作用时的渗流场、应力场与位移场分布规律基本一致,但耦合作用对混凝土重力坝渗流场、应力场与位移有较明显的影响;(2)耦合作用使坝体浸润线位置稍微偏低,渗流场等势线偏向下游,坝基扬压力变大;(3)耦合作用使坝体总体应力增加,坝体上游拉应力与下游压应力增大,坝踵处的应力集中加剧。研究成果对混凝土重力坝设计具有参考价值。     

基于层面参数等效的碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析

受施工、龄期、环境及服役期大坝承受的反复静动荷载等多因素影响,坝体和层面出现不同程度的劣化损伤,碾压层本体及层面物理参数呈渐变特性。针对碾压层内力学参数渐变的特性,提出了相应物理参数的等效算法,且给出了耦合性态参数间的数学转换关系,分析坝体应力场与渗流场相互影响机理,据此建立了考虑层内参数渐变的碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析模型,并编制了相应的有限元分析程序。工程实例分析表明,耦合作用致使大坝的渗流场发生改变,坝体的应力较未耦合时普遍偏大,坝踵处的应力集中显著;渗流场与应力场耦合作用激励下的不利因素可为大坝的设计、施工及安全运行提供参考。     

龙滩碾压混凝土重力坝的防渗研究

系统地阐述了高碾压混凝土重力坝渗流分析和防渗结构研究的必要性，介绍了龙滩高碾压混凝土重力坝各分区材料的渗流特性，并进行了渗透溶蚀性研究和临界水力梯度研究。证明优化的料配合比，能满足龙滩192m/216.5m高大坝的防渗与耐久性要求。对大坝的防渗结构，主要研究了钢筋混凝土面板防渗方案、变态混凝土与二级配碾压混凝土防渗方案和沥青混合料防渗方案。通过温控与防裂的分析计算、结构应力与稳定分析计算和大坝渗流分析计算等多方面综合比较，以变态混凝土与二级配碾压混凝土防渗方案最优，推荐为首选方案，而沥青混合料具有很好的防渗效果，并具有保温作用，且对温控防裂十分有利，建议作为比选方案，对今后需进一步研究的课题提出了建议，无疑对已开工建设的龙滩工程具有重要的参考价值。     

碾压混凝土坝层面渗流变异特性研究

通过对碾压混凝土坝层面不平度的统计分析,模拟了层面的几何形态,揭示了层面渗透性能存在变异性的原因.通过对龙滩大坝现场碾压混凝土试块渗透压水试验成果的统计分析,得到了碾压混凝土坝层面渗透系数服从对数正态分布的结论,并建立了龙滩碾压混凝土坝层面渗透系数随机统计样本,为碾压混凝土坝随机渗流场数值模拟提供了基础.     

高碾压混凝土重力坝渗流分析和防渗结构的研究

龙滩工程大坝是一座200m级的高碾压混凝土重力坝,由于库大水深,水库空库机会少,检修条件差,所以大坝上游面防渗结构的可靠性和耐久性是保证大坝安全运行的关键技术之一。“九五”国家科技攻关项目《高碾压混凝土重力坝渗流分析和防渗结构的研究》专题,系统地研究了碾压混凝土本体与层（缝）面的渗透特性,研究了一套能模拟大坝各种防渗设施及反映碾压混凝土坝渗流特点的计算方法,并设计研究出能供龙滩高RCC重力坝及类似工程使用的防渗设计方案。专题依托在建的江垭工程RCC重力坝（现已建成）和即将动工兴建的龙滩工程高RCC重力坝,使渗流分析和防渗结构的研究取得一大批创新性成果,并推荐了可供龙滩工程最后选用的防渗方案,这对于其他类似工程也有重要的借鉴意义。     

碾压混凝土层面极限拉伸试验研究

研究在不同的层间间隔时间条件下，采用不同的胶凝材料用量，对碾压混凝土层面分别采取不处理，铺水泥粉煤灰浆（简称水泥净浆）、水泥砂浆等处理措施对碾压混凝土层面极限拉伸值的影响。通过试验研究给出有层面碾压混凝土抗压强度、层面轴拉强度与层面极限拉伸值间相关关系。该成果针对龙滩高碾压混凝土重力坝设计的需要，为即将开工的龙滩工程提供了重要的参考依据。     

龙滩碾压混凝土重力坝地震影响分析

结合龙滩碾压混凝土重力坝，采用频率响应分析方法对高碾压混凝土重力坝的地震响应规律进行了较为深入的探讨，分析了不同频率地震动对龙滩重力坝坝体动力响应的影响规律，所获结论对重力坝抗震设计及抗震研究工作提供了依据。     

碾压混凝土层面抗渗性能研究

研究在不同的层间间隔时间条件下，采用不同的胶凝材料用量，对碾压混凝土层面分别采取不处理，铺水泥粉煤灰浆（简称水泥净浆）、水泥砂浆等措施对碾压混凝土层面抗渗性能的影响。通过研究碾压混凝土层面抗渗性能及碾压混凝土本体抗渗性能，给出不同工况碾压混凝土层面相对渗透系数关系。研究工作针对龙滩高碾压混凝土重力坝设计的需要，其成果为即将开工的龙滩工程建设提供了重要的参考依据。     

龙滩高碾压混凝土重力坝的渗控设计研究

本文基于龙滩碾压混凝土重力坝现拟采用的“钢筋混凝土面板防渗方案”，就面板的防渗性、面板开裂、面板后施工立面缝隙、面板后排水洞、混凝土本体渗透性、层面渗透性、排水孔孔径与孔距以及二级配混凝土的抗渗性等渗流影响因素，对这一渗控设计方案进行了细致分析，并建议了最优渗控设计方案     

碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型

从碾压混凝土坝的渗透特性出发，分析了碾压混凝土坝层(缝)面渗流与坝体应力相互影响的耦合机理，层(缝)面渗流向层(缝)壁面施加法向渗透压力和切向拖曳力来影响坝体应力，坝体应力改变层(缝)面的等效隙宽来影响渗流，进而提出了碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型，讨论了该耦合模型的有限元数值解法，并给出了工程应用实例。由计算实例可以看出，耦合作用使坝体渗流场发生变化，并且使坝体应力增大，使坝踵处的应力集中加剧。     

碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型

从碾压混凝土坝的渗透特性出发，分析了碾压混凝土坝层（缝）面渗流与坝体应力相互影响的耦合机理，层（缝）面渗流向层（缝）壁面施加法向渗透压力和切向拖曳力来影响坝体应力，坝体应力改变层（缝）面的等效隙宽来影响渗流，进而提出了碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型。讨论了该耦合模型的有限元数值解法，并给出了工程应用实例，由计算实例可看出，耦合作用使坝体渗流场发生变化。并且使坝体应力增大，使坝踵处的应力集中加剧。