钢筋混凝土面板堆石坝抗震试验研究

本文介绍了梯形河谷中,刚性基础上钢筋混凝土面板堆石坝动力模型试验结果。研究探讨了面板与堆石体的地震响应及相互作用规律;初步揭示了混凝土面板堆石坝地震破坏的主要特征。试验表明,面板与堆石体的相互作用,降低了坝体的地震加速度响应,有利于上游坝面的抗震稳定性。     

基于幂函数流变模型的高混凝土面板坝流变分析

采用高围压下的幂函数流变本构模型进行堆石体应力变形计算，推导该本构模型在三维有限元分析中的具体算法和实现步骤，对水布垭面板堆石坝进行了考虑堆石流变性的应力应变分析。结果表明，考虑堆石流变后的坝体沉降有明显的增加，对面板的应力变形状态有较大影响。因此，对于分期浇筑面板、分期蓄水的水布垭高面板堆石坝，选用合适的流变模型正确模拟堆石体的变形特性，以便采用合适的施工程序减小面板应力变形具有重要意义。     

水布垭超高混凝土面板堆石坝的运行性状

已建的清江水布垭面板堆石坝高达233m,是目前世界上最高的混凝土面板堆石坝.对堆石体采用"南水"双屈服面弹塑性模型,采用实际的坝料分区与填筑过程,根据施工期的坝体沉降曲线,对坝体填料的参数进行了反分析.在此基础上对大坝的应力与变形特性进行三维弹塑性数值仿真分析,模拟面板堆石坝的实际填筑过程和蓄水过程,对大坝的运行性状进行研究.研究结果表明:对于233m的超高混凝土面板堆石坝,正常运行期,坝体变形较大,不考虑堆石体流变时.坝体最大沉降为2.29m,最大水平向位移为58.5cm.面板最大挠度为72.9cm,顺坡向位移最大为6.4cm,顺坡向出现拉应力,最大值超过4.0MPa.面板竖缝的变形不超过10mm,周边缝的三向变形不超过20mm,均在止水结构可承受的范围内.     

钢筋混凝土面板堆石坝三维非线性有限元动力分析

本文根据现代钢筋混凝土面板堆石坝的特点,提出三线非线性有限元静力动力分析方法。在分析中,考虑了堆石材料的非线性、堆石与面板接触面的非线性,面板的伸缩缝和周边缝内止水连接材料的非线性,考虑了坝——水的动力相互作用。在动力分析中,输入三个方向的地震加速度过程线,在逐步数值积分和迭代时,各时段均改变动力参数和自振频率。采用空间等参单元,对某坝作了实算,提供了坝体及面板的三向静动变形和应力、伸缩缝和周边缝的三向静动变形等成果,并提供了面板的抗震稳定安全系数过程线。     

高面板堆石坝面板应力分析及抗挤压破坏措施

多座已建高面板堆石坝在运行期或遭遇地震时面板发生了挤压破坏现象。本文采用三维静、动力有限元方法,分析了高面板堆石坝面板的坝轴向应力分布规律,研究了竖缝压缩模量对面板挤压应力的影响。分析表明：满蓄时由于水压力的作用,堆石体对面板产生指向河谷的摩擦力,因此面板的坝轴向应力以压应力为主,最大值发生在河谷中部,面板两岸坝肩局部存在较小的拉应力;地震后大坝发生整体沉陷,导致河谷中央坝顶区域面板的坝轴向压应力最大。随着坝高的增加,运行期和地震期面板的坝轴向压应力均逐渐增大。将河谷中央面板主要受压区的竖缝采用压缩模量较低的填充材料后,能有效减轻面板的坝轴向压应力。     

采用挤压式边墙结构的面板堆石坝的动力反应分析

本文通过数值模拟方法研究采用挤压式边墙结构的面板堆石坝的地震动力反应;选取沈珠江等效粘弹性动力模型及其残余变形模式模拟坝料的动力特性,通过挤压式边墙概化数值模型描述挤压式边墙结构的静动力特性,对高烈度条件下采用挤压式边墙结构的公伯峡面板堆石坝进行了地震动力反应分析;计算了这一采用新型结构的大坝的坝体和面板的动力响应,包括坝体的动变形和残余变形、面板的应力变形和周边缝变位情况等。     

基于修正Verhulst模型的面板堆石坝沉降预测

通过分析面板堆石坝沉降和Verhulst模型的特征发现,堆石体沉降随时间的变化曲线与Verhulst模型曲线形似。但是,Verhulst模型在预测沉降时,前期预测值与实测值差距较大且预测最终沉降量偏小。为了克服这一不足,提出采用修正的Verhulst模型预测堆石体的沉降,预测结果表明,修正模型可有效提高沉降预测精度,预测面板堆石坝最终的最大沉降量更为合理。     

考虑温度变化和长期变形的面板堆石坝模拟

面板裂缝是影响混凝土面板堆石坝安全和性能的关键因素之一。本文基于ABAQUS软件,开展了堆石体长期变形与混凝土水化热、时空不均匀分布温度场边界施加等二次开发,以老挝某混凝土面板堆石坝为研究对象,研究了堆石体长期变形、混凝土水化热、环境温度变化的联合作用机制。分析了堆石体长期变形量值、面板浇筑时间过程、环境温度数值和分布模式等对面板应力变形的影响,揭示了混凝土浇筑后早期水化热温升和环境温度影响导致面板表面较大顺坡向拉应力是面板大量早期水平裂缝的主要原因;同时也发现,即使对于浇筑后较长时间,考虑温度变化情况下计算出的面板拉应力也高于不考虑温度变化情况。计算分析可为面板浇筑时机选择,面板温度裂缝、变形裂缝分类防控等提供技术依据。     

峡谷地区高堆石坝面板结构性拉裂破坏机理及改善措施

面板的裂缝是峡谷地区修建高面板堆石坝面临的关键问题。总结峡谷地区面板堆石坝工程中发生的面板结构性拉裂破坏现象,分析了此类破坏的发生机制,认为堆石体沿着陡峭的岸坡向河谷中心的滑移变形是导致岸坡处面板发生结构性拉裂破坏的主要原因。对拱型面板堆石坝和直线型面板堆石坝进行了有限元计算对比分析,结果表明:拱型面板堆石坝可以在不改变坝体主要应力变形特性的前提下,有效地避免面板发生结构性拉裂破坏,在陡边坡峡谷地区采用拱型面板堆石坝对大坝的安全更加有利。     

白溪面板堆石坝沉降监测资料统计分析

根据面板堆石坝的变形特性和原理，采用分段拟合法，以2条不同的回归曲线分别拟合面板堆石坝施工期、运行期的沉降，建立相应的统计分析模型;根据白溪面板堆石坝垂直位移实测数据，以单纯形法和线性回归两步交叉进行统计回归分析，取得了较高精度的结果。综合分析认为，白溪面板堆石坝累计沉降量相对较小，垂直位移变形基本收敛趋于稳定。     

不同温度条件下水工沥青混凝土动态抗压特性研究

为研究水工沥青混凝土动态力学性能，对水工沥青混凝土在不同温度条件下进行了动态抗压试验。试验结果表明：水工沥青混凝土的破坏模式具有显著的应变率效应，应变速率为10-5/s和10-4/s时，破坏模式主要为黏结破坏；应变速率为10-3/s和10-2/s时，破坏模式主要为黏结破坏和骨料开裂。温度对试件应力应变特性有显著影响，当应变速率不小于10-4/s时，-5℃和0℃时试件呈现应变软化现象；5℃时应变软化逐渐向应变硬化转变。当温度恒定时，水工沥青混凝土的吸能能力、弹性模量、抗压强度随应变速率增加而增加。对弹性模量和抗压强度的动态增强因子进行分析，给出了水工沥青混凝土在不同温度条件下弹性模量动态增强因子随应变速率变化的经验公式，非线性单轴动态强度S准则较好地反映了水工沥青混凝土在地震响应速率下动态抗压强度的增长特性。     

堆石料残余体应变对计算面板堆石坝永久变形的影响

混凝土面板堆石坝地震永久变形的预测非常重要。根据它可直接判断大坝的安全,并为抗震预留坝高提供依据。一个时期以来,同时计入堆石料残余体应变对面板坝永久变形计算有多大影响存有争议。采用饱和排水动三轴试验方法得到的动应力～残余应变关系计算坝体的永久变形,所得数值一般偏大。而风干堆石料在排气状态下的三轴试验,目前只能考虑残余剪应变。本文利用前人对不同试验方法得到的动应力～残余应变关系进行面板堆石坝地震永久变形计算做了比较,结果表明：由于坝体运用期间有部分堆石浸水,故其永久变形的计算对浸水线以上坝体采用风干料排气试验结果只考虑残余剪应变,浸水线以下坝体采用饱和料排水试验结果同时计入残余体应变和残余剪应变,比整个坝体采用饱和料排水试验结果同时计入残余体应变和残余剪应变为合适。     

特约文章：高土石坝抗震安全评价与抗震措施研究进展

In this paper, the recent developments in seismic safety evaluation and aseismic measures for high rockfill dams were reviewed, including advanced constitutive models, dam-foundation-water dynamic interaction, high-performance non-linear dynamic FEM software, numerical simulation of failure process, and aseismic measures of concrete slab, and etc. After that, some future research trends on earthquake-resistance analysis of high rockfill dams were discussed, such as the seismic response analysis, mechanical properties and constitutive relations of rockfill, computing technology, and seismic safety evaluation method.     

基于灰色理论的高面板堆石坝沉降预测研究

基于灰色系统理论,建立了进行高面板堆石坝坝体沉降预测的GM（1,1）模型,并用该模型对公伯峡面板坝的坝体沉降进行了灰色预测,结果表明,运用该模型对高面板堆石坝的坝体沉降进行预测是可行的,预测结果也是较为合理的     

基于ABAQUS的高混凝土面板堆石坝地震反应三维非线性分析

ABAQUS软件是目前国际上功能最强大的非线性有限元软件之一。该软件包括了众多材料本构模型,但尚缺少国内外土石坝动力分析中广泛采用的等效线性化本构模型。本文在ABAQUS软件上实现了土的动力等效线性化模型和土石坝地震永久变形计算,并通过一个典型算例进行了验证;在此基础上,对一座拟建中的高混凝土面板堆石坝进行了地震响应分析,重点分析大坝的绝对加速度、动位移和残余变形等动力反应情况。结果表明,坝体在地震作用下的响应不强烈,但坝顶出现明显的鞭稍效应,需采取相应的抗震工程措施。     

基于广义塑性模型的高面板堆石坝静、动力分析

考虑筑坝砂砾料的压力相关性,对广义塑性模型的弹性模量、加载塑性模量和卸载塑性模量进行了修改,并根据筑坝砂砾料静、动力试验确定了修改后的模型参数。采用修改后的广义塑性模型,进行了200m级砂砾石面板坝的有限元静、动力反应分析。计算结果表明：采用修改的广义塑性模型,可以直接得到坝体在地震荷载作用下发生的永久变形;弹塑性分析得到的大坝静力变形、动力反应和地震永久变形规律合理;合理考虑压力相关的广义塑性模型用于高面板坝静、动力有限元分析是可行的。     

接触面弹塑性损伤模型在面板堆石坝应力变形分析中的应用

本文建立粗粒土与结构接触面弹塑性损伤模型及其数值格式，可以较好地描述垫层料等粗粒土与结构接触面的静动力学特性；编制程序，模拟接触面试验结果，采用不同接触面模型及参数对某高面板堆石坝的应力变形进行三维有限元分析。面板与垫层料接触面的本构模型及参数对面板应力变形影响很大，接触面弹塑性损伤模型及其数值格式适用于面板堆石坝的应力变形分析，不仅能够较为合理全面地描述土与结构接触面的体应力应变关系、剪应力应变关系及其耦合力学特性，而且还能模拟混凝土面板和垫层土接触面之间的滑移和脱开的不连续性。     

堆石坝料压实监测指标影响因素及适用性分析

实时压实监测技术已成为堆石坝碾压质量控制的有效手段。但是面板堆石坝坝料种类多、不同坝料组分区别明显、施工工艺差异大，故而不同施工工艺对压实监测指标的影响，以及监测指标在不同坝料分区的适用性有待进一步研究。结合现场碾压试验，分析了碾压机行进方向、振动模式及坝料类型对压实监测指标的影响，发现碾压振动频率是其主要影响因素；同时发现包含更多碾轮加速度谐波分量的CCV指标对于不同面板堆石坝料有更好的适应性。基于上述分析，提出了耦合考虑频率的CCV指标来表征面板堆石坝不同坝料的压实质量。本文研究可为有多种坝料的面板堆石坝压实质量实时控制提供合适的监测指标。     

土工膜面板堆石坝设计方法与实践探讨

从土工膜材料应用发展历史,探讨了建筑结构防水与水工结构防渗的区别,提出了借鉴、分析、探索、创新以土工膜作为主防渗的土工膜面板坝。通过工程实例分析了今后的发展趋势,指出以土工膜作为坝面主要防渗材料的土工膜面板防渗形式将成为今后面板堆石坝可以进行比较选择的防渗方式之一,甚至是面板堆石坝、碾压混凝土坝的主要替代型式。     

应力路径对堆石变形特性的影响

本文应用龙滩水电站和十三陵抽水蓄能电站两座面板堆石坝的堆石料,近似模拟大坝填筑、水库蓄水和库水位下降时的应力路径,研究了坝体内的应力状态。试验结果表明：对面板坝而言,大坝在施工期和运行期坝轴线上游部位处的堆石变形模量比常规三轴应力（σ３＝ ｃ）条件下得出的变形模量大,而以往一些工程在进行坝体有限元计算时未考虑这一特点,采用的堆石变形模量偏小,这是计算周边缝位移及面板法向位移比实际值偏大的主要原因。