基于施工期温度仿真的小湾高拱坝结构诱导缝设置效果分析

考虑施工期至运行期全过程瞬态温度荷载和水荷载的影响,采用无厚度的接触单元模拟诱导缝的工作性态,分别采用整体模型和子模型对小湾高拱坝坝踵附近诱导缝的设置效果进行了全面、深入分析.从整体仿真计算结果来看,小湾拱坝设上游结构诱导缝后,坝踵应力可以得到较大的改善,且对坝体的整体性影响较小.仿真计算结果为小湾拱坝结构诱导缝设计提供了科学依据.     

高拱坝-坝基系统的三维静力非线性数值分析

高拱坝收缩横缝和坝肩节理岩体的结构非线性特性对坝体应力、变形影响显著，是高拱坝分析中的一个重点和难点问题．针对高拱坝的这一特点，本文采用动接触单元模型，开发研制了修正的中心差分时步积分法，运用静力问题动力计算法，对在建的小湾拱坝系统进行了三维静力非线性数值仿真试验，研究了坝体、坝肩结构非线性特性对坝体的影响。通过本文的数值分析可以得出，高拱坝坝体—坝基系统的结构非线性特性对拱坝梁向应力影响显著，增加了坝体的倒悬效果；同时，数值分析进一步说明，在高水位运行期，小湾拱坝—坝基系统整体稳定。     

小湾拱坝施工期温度场动态跟踪仿真

针对小湾拱坝的施工现状,考虑了混凝土的热学参数及边界条件历时过程、混凝土浇筑过程以及通水冷却措施等因素,应用瞬态热传导三维有限元分析方法对拱坝施工期的温度场进行动态仿真计算,分析了坝体在施工期温度场的时空分布规律,并与监测温度值进行了对比分析.计算结果表明:整个温度场分布规律与监测资料基本吻合,仿真结果较为合理.同时,该研究成果对小湾拱坝施工过程中温控措施的合理性也进行了有效论证.     

小湾拱坝施工过程温度场仿真分析

在ANSYS平台上进行二次开发,建立了一套快速、高效、自动化程度较高的仿真反馈分析系统用于模拟拱坝施工过程温度场.在小湾拱坝施工过程温度场仿真计算中,各测点温度计算值随时间变化的规律与监测值基本一致,吻合情况较好,总体上相差2～3℃以内,计算结果揭示了坝体内部的温度变化规律.研究成果表明:1)1077m高程以下坝体采用的二期冷却方案A使得坝体中出现较大的温度梯度,产生较大的径向拉应力;2)1096m高程以上采用的二期冷却方案B能很好地改善方案A中的不足,较好地控制温度应力,防止拱坝开裂.     

小湾拱坝诱导缝模拟计算

对小湾拱坝设置底部诱导缝进行了合理模拟,并应用三维有限元方法对设缝前后拱坝的工作性态进行了计算分析.结果表明:设置诱导缝,可改善坝踵附近的应力分布,从而起到保护坝体的作用,且对拱坝的整体稳定安全度影响很小.     

混凝土心墙对砌石拱坝应力和变形的影响分析

砌石拱坝因其自身优势在我国中小型拱坝中得到广泛的应用,其材料特性使得坝体防渗至关重要,在已建的砌石拱坝中防渗大多采用混凝土心墙,因此,对砌石拱坝中的心墙这一防渗结构型式进行了具体介绍,并建立了混凝土心墙砌石拱坝和均质砌石拱坝的有限元模型并进行计算分析,分别探讨在静、动力条件下心墙拱坝整体和心墙本身的应力变形规律、心墙对整个坝体应力变形规律的影响以及不同心墙材料对坝体影响程度的大小等.由结果可得心墙与坝体上游面应力分布规律基本相同,与上游面极值区对应的心墙处出现明显的应力集中现象,心墙对上下游面的坝体均有一定保护作用,尤其是上游坝踵区,均质砌石拱坝的应力增幅可达100%.     

自生体积变形对高拱坝温度应力的影响研究

自生体积变形是评价混凝土抗裂性能的一个重要参数.在温度场仿真的基础上对小湾高拱坝混凝土自生体积变形进行温度应力敏感性分析,对自生体积变形进行假定时,考虑混凝土为收缩型和膨胀型.计算结果表明,早期膨胀、早期收缩型混凝土只对坝体早期温度应力影响较大,对坝中心温度应力最大值影响不大;膨胀期越长,坝中心温度应力最大值越小,最终残余温度应力越小,对坝体混凝土的抗裂性有利.     

小湾拱坝坝基含排水孔岩体渗流与应力耦合分析

小湾坝基岩体裂隙发育,坝基结构复杂且水推力巨大,为提高小湾坝基安全稳定性,基于含排水孔裂隙岩体渗流与应力耦合的复合单元算法,对小湾拱坝坝基含主排水孔系统裂隙岩体进行了三维渗流与应力应变耦合分析.通过算例分析,可以看出复合单元模型针对细部构造模拟时前处理简便快捷,且可真实反映裂隙、排水孔等细部构造的渗透特性;同时也可看出,小湾拱坝坝基考虑渗流与应力耦合时,水头等势线向坝基底区域集中,渗透坡降增加,同时坝基底渗流速度增加,下游区域流速有所减小.     

考虑施工过程影响的拱坝体形优化分析方法及应用

基于序列二次规划(SQP)优化算法,以坝体有限元等效应力为应力约束条件,以坝体方量为目标函数,并考虑拱坝柱状浇筑、封拱灌浆等施工过程,进行拱坝体形优化计算.计算过程采用有限元全过程参数化分析方法,自动实现了拱坝的三维建模、荷载施加、施工过程模拟、有限元等效应力计算以及拱坝体形优化迭代等分析过程.以淋溪河拱坝为例进行了拱坝体形优化计算,计算结果表明,考虑施工过程的优化结果与不考虑施工过程的优化结果相比更加安全,也更具有实际意义,优化后的坝体厚度更薄,坝体方量减少近20%,拉、压应力已达到约束边界,优化后体形基本上达到了可能的最优体形.     

拱坝目标优化研究与应用

通过对拱坝多目标优化的模型、方法与程序实现的探讨,提出以经济性指标（如坝体方法Ｖ）和安全性指标（应力水平、强度失效概率Ｆ、高应力区范围Ｈ）作为优化的多个目标函数的设想。多目标优化采用理想点法,通过对各分目标的权系数调整,可提供反映设计者要求的多个方案。同时首次探讨了拱坝优化的柔性建模方法,并通过程序予以实现。结合小湾拱坝,用上述方法提出了若干个推荐方案,初步效果良好。     

小湾拱坝放空底孔预应力闸墩三维有限元分析

采用三维有限元方法,应用ANSYS程序对小湾拱坝放空底孔预应力闸墩进行了空间应力与变形计算,并详细探讨了预应力的模拟方法,对3种不同方法的优缺点进行了对比评价.根据计算结果,对比分析了多个设计工况下闸墩结构的变形、应力分布规律,评价了预应力锚索的预压效果.在此基础上,取闸墩结构特征点的第一主应力作为优化变量,对预应力锚索设计吨位和布置方案进行了敏感性分析,得出了预应力锚索布置的优化方案.全部研究成果为小湾拱坝施工设计详图所采用.     

设上游底缝对高拱坝应力状态的影响

应用三维有限元方法对小湾高拱坝设上游底缝的影响规律进行了初探,分析了无缝和有缝以及干缝与湿缝对拱坝应力和变位的影响规律.结果表明:设上游底缝是改善拱坝应力状态的一个有效的工程措施.     

小湾水电站坝区渗流场与应力场耦合分析

采用岩体渗流场与应力场耦合分析的多重裂隙网络模型,对小湾水电站坝区建坝蓄水后的渗流场与应力场进行了三维有限元分析与计算。计算结果可知,建坝蓄水使坝区渗流场的补给关系发生变化,且使大坝附近的坝基岩体竖向有效应力增大,也使坝肩岩体的拉应力增大。     

小湾拱坝坝肩稳定的弹粘塑性块体理论分析

综合运用岩石块体的自动识别方法、岩体网络无压渗流分析方法和弹粘塑性块体理论 ,成功地分析了小湾拱坝坝肩岩体的渗流场和应力场 ,得出了坝肩岩体变形与屈服区分布规律以及稳定安全度评价 .结果表明 ,弹粘塑性块体理论作为一个比较完善的系统 ,不仅前处理简单 ,计算精度高 ,而且能模拟复杂的地形地质条件 ,具有广阔的应用前景     

小湾导流中孔闸墩开裂成因及工作性态分析

针对小湾拱坝在施工过程中导流中孔闸墩会产生裂缝问题,建立了一套基于弹粘塑性势理论的数值分析系统,对其开裂的原因及工作性态进行了计算分析.结果表明:开裂原因并非单一因素所致,而是温控措施、锚索张拉及蓄水的累计作用,其中温控措施产生的拉应力为最主要原因;导流中孔若继续参与导流工作,裂缝充水时,其尖端的应力强度因子将超过混凝土的断裂韧度,在水力劈裂作用下裂缝将继续扩展.该研究成果不仅为制定小湾拱坝导流方案提供了依据,对类似工程也具有一定的借鉴和参考价值.