拱坝坝肩抗震稳定分析

高拱坝坝肩抗震稳定分析是建于地震高烈度区的高拱坝抗震设计的关键课题之一。本文将传统的用于块体稳定分析的刚体极限平衡方法和有限元计算分析相结合，求解拱坝坝肩抗震稳定问题。具体作法是：有限元网格剖分时，尽可能布置有限元节点于拱坝坝肩的可能滑动块体表面。完成有限元静动力分析后，将块体表面各节点的静动应力进行积分，求出块体拱推力、作用于块体上的地震荷载等，然后由刚体极限平衡法求拱坝坝肩抗震稳定安全系数。上述方法的特点是能充分利用有限元和刚体极限平衡两种分析方法的优点，可以提供安全系数时程曲线，安全系数的定义与现行规范一致，易为设计人员所接受。     

基于动接触力法的拱坝坝肩抗震稳定有限元分析

本文提出了应用基于动接触力方法的显式有限元技术进行拱坝坝肩抗震稳定分析的新思路，给出了相关公式。新的分析方法，将坝肩岩体、地基、坝体和库水作为一个统一体系进行动力分析计算，能有效地考虑坝肩可能滑动块体与坝体的动力相互作用，较真实地反映拱坝和坝肩受到地震作用的实际状态，并对小湾拱坝坝肩震稳定进行了分析研究。结果表明：在设计正常水位情况，小湾拱坝的地震作用超载安全系数约为1.3；在设计地震作用下，小湾拱坝的“降强安全系数”仅为2.58，而仅考虑静载作用时，即使以拱坝坝端应力不超过静态抗拉强度作为达到极限状态的工程判别定量标准，其坝肩的静态“降强安全系数”也高达4.0以上。因此，地震的作用使安全系数有较大降低。小湾拱坝坝肩抗震稳定是安全的，但安全裕度不高。     

金珠水库拱坝坝肩抗滑稳定分析论证

采用二维刚体极限平衡法和三维刚体极限平衡法计算坝金珠水库拱坝肩稳定,对两种计算结果进行对比分析。结果表明:二维刚体极限平衡法稳定系数大于二维的刚体极限平衡法计算成果,鉴于三维刚体极限平衡法更加接近拱坝坝肩的实际破坏模式,在拱坝坝肩稳定分析中建议采用多种方法加以论证。     

三维刚体极限平衡法在小湾拱坝稳定分析中的应用

小湾拱坝为世界第一高双曲薄拱坝，坝肩稳定是其关键问题之一。对于坝肩稳定的计算方法，现阶段仍以刚体极限平衡法为主，辅以有限元及模型试验。本文主要介绍刚体极限平衡法在拱坝体型优化中的应用。力求在满足应力控制标准的前提下，也满足坝肩稳定要求。     

大岗山高拱坝坝肩刚体弹簧元抗滑稳定分析

为研究大岗山高拱坝的坝肩抗滑稳定性,采用刚体弹簧元法对大岗山高拱坝坝肩滑块稳定性展开研究,并与刚体极限平衡法成果进行对比。计算结果表明,水推力是影响滑块稳定性的主要因素,摩擦系数较凝聚力对滑块的稳定性影响更为显著,相比刚体极限平衡法,二者滑块抗滑稳定安全系数规律一致,刚体弹簧元计算考虑了坝体与地基的相互作用和坝基的地质特征,结果更为合理。     

基于新抗震规范的杨房沟高拱坝抗震安全分析与评价

杨房沟水电站混凝土双曲拱坝最大坝高155 m,抗震设防类别为甲类,根据现行的抗震设计规范的规定进行坝址区场地相关设计反应谱和人工地震动时程研究,对施工图阶段优化后的拱坝体形进行考虑坝体横缝强震开合和无限地基辐射阻尼效应的三维非线性有限元分析研究,并对拱坝坝肩潜在滑动块体采用基于振型分解反应谱法的刚体极限平衡法和基于时程分析法的时域刚体极限平衡法进行动力稳定性复核。最后对杨房沟拱坝抗震安全进行综合评价,可知在设计地震作用下,施工图阶段杨房沟拱坝优化体形的抗震安全可靠。     

有限元方法在拱坝稳定分析中的应用

结合有限元方法的计算特点,根据有限元计算结果中坝体的位移突变及塑性区发展来判断拱坝的稳定性,并与刚体极限平衡法稳定分析结果进行了比较。结果表明:有限元法稳定分析结果与刚体极限平衡法一致,有限元法能够克服刚体极限平衡法的缺陷,模拟坝体混凝土和岩体的非线性本构关系,并将坝体和基岩作为整体模型进行计算分析,从而能真实反映拱坝坝肩岩体的失稳机理和破坏过程,为评价拱坝坝肩的稳定性提供依据。     

基于有限元法对拱坝坝肩动力稳定的分析

拱坝在地震作用下稳定性问题,尤其是拱坝坝肩的抗震稳定性问题关系重大。以大丫口水电站拱坝为例,计算坝肩在地震作用下的稳定安全系数并进行评价分析。这里首先采用有限元时程分析法计算动力作用下的应力值,与静力作用下应力值累加后,与以往不同的是,这里并没有直接利用有限元得出的内力在滑移面进行应力积分,而是通过应力积分法计算坝体对坝肩在建基面处的推力,应用刚体极限平衡法计算抗滑稳定系数并进行分析评价。     

大岗山水电站拱坝坝肩抗滑稳定分析

根据大岗山拱坝坝址区断层、岩脉、裂隙等结构面的分布状态，确定了坝基处断层、岩脉的加固和防排水措施。采用刚体极限平衡法，计算分析了大岗山拱坝坝肩静力抗滑稳定安全系数，并对其进行了分析评价。结果表明，除右岸块体R2在帷幕部分失效工况下剪摩安全系数略小于标准值外，其余均满足控制标准；总体而言，左岸控制性块体安全系数大于右岸。对于安全系数较低块体，建议加强锚固及防排水措施。     

天花板拱坝坝肩稳定分析及处理措施研究

采用刚体极限平衡法和有限元方法对天花板碾压混凝土拱坝进行了坝肩稳定分析,以抗滑稳定安全系数对坝肩稳定进行评价和研究,分析坝体在各种工况下的稳定性.针对坝肩安全储备相对不高,有针对性地采取了稳定处理措施,提高了坝肩的整体性和安全性.     

一种综合强度和稳定的高拱坝—坝肩抗震安全评价方法

借助大型有限元程序ADINA及其二次开发功能,通过引入动接触模型,并充分利用极限平衡法和有限单元法这两种分析方法的优点,研究了基于有限元数值应力场的动接触极限平衡法和以坝体动力响应为安全判定主体的分析原则,提出了一种综合强度和稳定的高拱坝—坝肩抗震安全分析方法,建立了能够有效反映高拱坝系统真实工作性态的非线性数值分析模型。据此,深入分析了某高拱坝工程在强震作用下的抗震安全性。该分析方法可以反映整个高拱坝—坝肩系统真实的动态响应,分析结果具有更高的可信度。     

强震作用下特高拱坝非线性地震反应分析

研究采用等效一致黏弹性边界单元模拟拱坝无限地基辐射阻尼效应,给出了人工边界节点上等效地震荷载的计算公式,实现了拱坝-地基系统的地震动输入。以我国某特高拱坝为例,建立了拱坝-地基三维有限元分析模型,精细模拟了坝体体型、横缝、河谷形状、各类岩体以及主要地质构造。采用时程分析方法,综合考虑无限地基辐射阻尼效应、拱坝-库水动力相互作用、拱坝横缝动力接触非线性效应等因素,分析了拱坝-地基系统在强震作用下的动力响应,对拱坝抗震安全性进行了评价。研究成果为高拱坝设计提供了参考。     

混凝土坝计算技术与安全评估展望

我国已是混凝土坝大国,当前应加大创新力度积极争取成为混凝土坝强国。计算技术与安全评估在混凝土坝设计、施工、科研中占有重要地位,因此在混凝土坝计算技术与安全评估领域需要推陈出新。笔者建议:在拱坝应力分析中以有限元等效应力法取代拱梁分载法;在坝体坝基稳定分析中,以有限元强度递减法取代极限平衡法,对重要工程进行非线性有限元全坝全过程仿真分析;对坝体坝基安全评估建议考虑施工过程和时间效应,并基于有限元强度递减法;对于重要工程需建立数字水电站。利用新的计算技术,使我国在混凝土坝设计、施工、科研和管理上达到更高水平。     

底缝对高拱坝地震反应影响的研究

作为减少坝踵部位拉应力的一个工程措施，在拱坝上游底部设置人工底缝已有４０年的历史，然而，强震时底缝对高拱坝抗震性能的地震反应影响的机理和程度，为人们所关注。本文首先通过大型地震模拟振动台的大比尺动力模型试验，比较验证基于显式有限元结合人工透射边界的波动模拟方法与动接触力理论相结合开发的大坝非线性波动分析方法和程序；继而采用经试验验证程序，研究小湾高拱模拟底缝的地震反应。结果表明：底缝影响是局部的，     

基于坝—岩基—水耦合解析的坝肩动力稳定分析

为了模拟三维状态下坝、岩基、库水的动力相互作用机理,研究提出了基于坝—岩基—水耦合的三维有限元分析方法。通过分析坝—岩基—水耦合动力相互作用理论,给出了坝—库水体的耦合条件、坝—岩基—库水的边界条件以及地震时粘性边界的分析方法。以某拱坝工程为实例,应用耦合三维有限元方法计算了拱坝及滑裂面应力分布,采用有限单元法和刚体极限平衡法,计算了坝肩各处的抗滑稳定安全系数。结果表明:最大拱向应力、梁向应力均出现在下游面,分别为1.43 MPa、1.50 MPa,在材料可承受的范围内。通过有限元法计算得到的拱坝坝肩岩体抗滑稳定安全系数为2.78~3.23,通过刚体极限平衡法计算的抗滑稳定安全系数为2.89~3.43,两者相差很小,说明该计算方法是有效的。研究成果可为拱坝坝肩抗滑稳定分析提供参考。     

高拱坝伸缩横缝的开合对拱座岩体稳定的影响研究

高拱坝在强震作用下，伸缩横缝出现开裂，在一定程度上削弱了坝体的整体性能，不仅使得坝体的动力反应重新分布，坝肩岩体抗滑稳定的主要参数一拱端推力也产生很大变化，横缝的存在增加了对坝肩岩体进行抗滑稳定分析的复杂程度。本文给出了用动态子结构法计算有伸缩横缝坝体拱端推力的计算公式，并对坝体设有伸缩横缝的溪洛渡双曲拱坝的计算模型分别在人工地震波及柯依那地震波作用下，考虑库水 坝体相互作用、坝体自重、上游淤沙等因素的影响，对溪洛渡拱坝的拱端推力进行了计算，并通过拱端推力计算了拱座岩体的抗滑稳定安全系数。文中算式同样适用于其它结构。     

高拱坝抗震安全性能评价指标探讨

随着拱坝建设高度和设防烈度的不断提高,传统的强度评价指标已无法满足抗震安全评价的需求。针对300 m级高拱坝的抗震安全评估,建立了考虑坝体横缝接触非线性、坝体混凝土材料非线性以及坝基岩体断层、夹层非线性的有限元模型,采用地震动逐级加载,分析了拱坝的横缝开度、坝顶变形以及坝体损伤随着地震动强度的变化规律。分析表明:尽管在地震动强度很大的情况下坝体中上部损伤程度很大,但坝顶位移、横缝张开度等响应随地震动强度的变化并没有表现出明显的突变现象,并不适宜作为坝体抗震安全的评定指标和监测指标;相比而言,坝体损伤体积的变化随着地震动强度的增加出现突变,反映了坝体整体的破坏状态,可以作为拱坝抗震安全的评价指标;今后需要解决坝体变形、横缝开度等与坝体、坝基损伤之间的相关性关系。     

高拱坝的动力非线性分析

强地震时，高拱坝中上部因动力放大效应而成为抗震薄弱部位，各项段间的伸缩横缝难以承受较大的拱向拉应力而开裂，拱坝不能现视为整体结构而作线弹性分析。为此，以三维非线性接缝单元模拟坝体分缝，采用基于动态子结构理论的非线性动力分析方法，分析研究伸缩横缝对高拱坝地震反应的影响。研究表明，强烈地震时伸缩横缝反复张合引起显著的坝体应力重分布，大大减少开裂区附近的拱向拉应力而使坝体中部下游面的梁向拉应力有一定增加