超强地震作用下高拱坝损伤开裂行为研究

本文综合应用塑性-损伤耦合模型和接触边界方法,模拟拱坝坝体开裂与横缝开合行为,然后基于有限元仿真方法,分析某高拱坝的强震开裂行为。通过不同温度荷载工况的比较分析,研究温度荷载对拱坝非线性动力响应的影响。计算结果显示：在强震作用下,拱坝下游坝面损伤开裂出现在坝体中上部,而上游坝面损伤集中于坝基交界面附近,同时裂缝张开位移幅值较大,扩展深度较深,严重威胁拱坝整体安全。计算结果还表明：施加不同的温度荷载,拱坝的静力变形不同,导致强震作用下拱坝的横缝张开位移、坝体开裂区域、裂缝张开位移等动力响应存在显著差异。     

外掺MgO混凝土不分横缝快速筑拱坝仿真分析

外掺MgO混凝土不分横缝快速筑拱坝是一项新的筑坝技术，广东省阳春市长沙拱坝是国内、外全面采用该项技术建成的第一座拱坝。本文采用了一种新的考虑温度历程效应的MgO微膨胀混凝土仿真分析模型，根据实际观测资料对长沙坝进行了有限元仿真分析，并对坝体运行过程中出现的裂缝成因进行了初步研究，同时研究了掺入MgO以后混凝土自生体积膨胀对拱坝应力状态的改善效果。仿真结果表明，外掺MgO混凝土可以补偿坝体温度拉应力，对这一类中小型拱坝不分横缝，简化温控措施，通仓连续快速浇筑施工，缩短工期。     

长沙拱坝裂缝状况及寒潮影响的数值分析

1999年4月,广东省长沙拱坝在国内外首次成功应用外掺MgO混凝土不分横缝快速筑拱坝新技术。2000年1月拱坝下游面出现细小裂缝,宽0.2～1.2mm,深度2.2～4.4m,均未贯穿坝体上游面。基于氧化镁混凝土双曲线模型的数值仿真分析表明,设计条件下氧化镁混凝土的应力补偿量符合常规拱坝结构的应力状态,下游坝面裂缝与采用新技术无必然联系,保温板显著改善了下游坝面的应力状态。原设计坝体应力状态不理想,坝体工程混凝土质量造成抗裂性能降低,尤其是寒潮冲击时无有效的保温措施等因素引起长沙拱坝的裂缝。长沙拱坝坝体灌浆后目前已正常运用12年多。寒潮影响的数值分析为新技术应用研究提供了重要的基础资料,为类似工程提供有益的参考。     

施工期裂缝对拱坝静动力响应的影响

本文简要介绍拉格朗日不连续变形分析（LDDA）和以黏弹性边界为吸能边界的地震输入方法。用LDDA模拟拱坝横缝、诱导缝和施工期温度裂缝,对西南地区某300米级高拱坝进行有限元网格剖分,研究对比有、无施工期温度缝情况下坝体的静动位移和应力,温度缝的张开和滑移以及缝端的应力。得出以下结论：施工期温度缝可明显增加静位移,但动位移相差不大,作为衡量裂缝扩展的缝端应力未超过混凝土的抗拉强度。     

MgO微膨胀混凝土拱坝裂缝的非线性模拟

沙老河拱坝利用MgO混凝土的微膨胀性 ,不分横缝 ,不做温控 ,整体浇筑而成 ,在拱坝完工的当年冬季和次年冬季 ,坝体出现了多条裂缝。本文利用水科院提出的MgO混凝土膨胀模型及开发的SAPTIS程序 ,采用实际的施工资料、材料参数及气象条件 ,对坝体的温度场、应力场及裂缝开裂过程进行了仿真计算分析 ,并对裂缝产生的原因进行了研究 ,结果表明 ,数值模拟的裂缝开裂状况与实际观测结果相吻合。     

Mg0微膨胀混凝土拱坝裂缝的非线性模拟

沙老河拱坝利用MgO混凝土的微膨胀性,不分横缝,不做温控,整体浇筑而成,在拱坝完工的当年冬季和次年冬季,坝体出现了多条裂缝.本文利用水科院提出的MgO混凝土膨胀模型及开发的SAPriS程序,采用实际的施工资料、材料参数及气象条件,对坝体的温度场、应力场及裂缝开裂过程进行了仿真计算分析,并对裂缝产生的原因进行了研究,结果表明,数值模拟的裂缝开裂状况与实际观测结果相吻合.     

复合接触单元及其在带缝高拱坝仿真中的应用

高拱坝的横缝、诱导缝以及坝体裂缝对大坝变形及应力状态影响重大。由于这些缝,尤其是坝体裂缝的受力特性复杂,采用常规的接触单元无法准确模拟其实际效应。本文提出一种新的复合接触单元,将接触元件隐含在薄层混凝土单元中,通过动态调整接触元件的刚度系数,可有效地模拟缝的形成过程、开合效应及灌浆作用,它具有概念简单,计算时保持有限元网格不变,易于数值实现等优点。结合算例分析,对接触元件刚度和单元厚度等影响计算效率的因素进行敏感性研究,并提出相应的推荐取值范围。最后,将该复合接触单元应用于小湾高拱坝仿真分析,通过计算与监测结果对比,验证了所提单元模型的准确性和有效性。     

小湾高拱坝上游坝踵人工短缝设置效果的深入分析

在已有研究成果的基础上,对小湾高拱坝坝踵附近人工短缝的设置效果进行全面、深入分析。采用无厚度的接触单元模拟人工短缝的工作性态,坝体混凝土本构模型采用单轴等效拉伸软化模型,分别采用整体模型和子模型对不同人工短缝设置高程、不同的缝内水压力进行了比较分析。从运行期的整体仿真计算结果来看,小湾拱坝设上游人工短缝后,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。为了更加合理地评价高拱坝人工短缝设置的效果,建议同时考虑施工期和运行期的荷载进行综合分析计算,为小湾拱坝人工短缝的设计提供科学依据。     

乌东德拱坝非线性地震反应分析

本文在计入坝、地基和库水动力相互作用的情况下,用LDDA(拉格朗日不连续变形分析)模拟拱坝横缝,粘弹性边界为吸能边界的拱坝地震输入模型计算乌东德拱坝非线性地震反应,研究无限地基辐射阻尼和拱坝横缝对坝体反应的影响,分析乌东德拱坝的静动力响应和拱坝横缝在地震作用下的张开情况,并将其计算成果与基于人工透射边界的时域显式有限元方法进行了比较分析.     

基于有限元等效应力法的高拱坝封拱温度场研究

针对碾压混凝土高拱坝,采用有限元等效应力法计算分析不同封拱温度场的坝体等效应力,研究封拱温度场对坝体应力的影响,进而改进拱坝封拱温度场,确定合理的封拱方案。研究结果表明封拱温度场对高拱坝的等效应力影响显著,设计阶段应对封拱温度场进行专门研究,通过降低封拱时平均温度和增大封拱时坝体等效温差的方法对封拱温度场进行优选,最终达到改善坝体应力的效果。研究成果可以为碾压混凝土高拱坝封拱温度场的设计提供参考。     

运行工况对二座拱坝上游面竖向裂缝的影响

本文依据现场检查和原型观测资料,反馈研究陈村、响洪甸二座拱坝运行期上游面竖向裂缝产生和扩展的过程,分析其形成原因,指出低库水位与高气温、低气温的连续组合,是促使拱坝上游面竖向裂缝产生和扩展的不利运行工况,控制最低运行水位是防止上游面竖向裂缝发展的重要措施。     

混凝土拱坝温度应力与横缝性态智能控制方法

温控防裂与横缝工作性态调控是混凝土拱坝施工期面临的两大难题,而冷却通水策略是控制拱坝混凝土安全、横缝开合的关键因素。为此,本文提出了混凝土拱坝温度应力与横缝性态智能控制方法,并综合应用智能化控制理念、仿真分析工具、自动控制技术构建了混凝土拱坝温度应力与横缝性态智能控制系统。分析表明,该系统有效调控了坝体应力与横缝工作性态、充分发挥了混凝土材料性能、大幅提升了温控施工效率,实现了拱坝温控防裂与横缝性态调控的多目标智能优化。     

溪洛渡特高拱坝混凝土保温技术研究与应用

大坝混凝土裂缝多为表面裂缝,深层裂缝和贯穿裂缝也多由此发展而成,加强表面保温是有效防止混凝土表面裂缝的重要措施。溪洛渡特高拱坝建设过程中,通过技术标准确定、仿真模拟研究、施工方案优化、标准工艺建设等系统性保温技术研究,提出了适应特高拱坝表面防裂需要的大坝混凝土个性化、精细化全坝保温工艺要求,经现场全方位实时监测和质量检查,溪洛渡拱坝混凝土保温实施效果明显,有效控制了大坝混凝土表面开裂的风险。     

拱坝横缝的张开温度及其应用

拱坝横缝工作性态是评价大坝全生命周期性能的重要组成部分,利用温度值对其特性开展研究并实现对其控制,具有重要的实际价值。本文通过分析实际工程数据,总结了拱坝横缝随坝块混凝土内部温度变化的规律。定义了拱坝横缝的张开温度并推导了其计算方法,阐述了横缝张开温度在实际工程中的具体应用。结果表明：横缝张开温度可作为判断横缝工作性态的重要指标,并以此为依据为工程提供个性化优化措施,达到精准控制横缝张开时机及张开量的目的。     

论微膨胀混凝土筑坝技术

微膨胀混凝土筑坝可在一定程度上简化温控,提高建坝速度,如能进一步改进,有可能使混凝土筑坝技术发生较大的改观。本文全面分析了微膨胀混凝土筑坝技术中的问题及对策。分析了氧化镁含量、混凝土温度、室内外差别等对自生体积变形的影响,指出了氧化镁混凝土筑坝的地区差和时间差。文中分析了微膨胀混凝土应用于碾压混凝土重力坝、常态混凝土重力坝和拱坝时的问题和解决途径,指出如仍保持氧化镁掺率不超过５％,可用氧化镁混凝土     

带横缝拱坝地震破坏机理的振动台试验研究

本文通过脆性材料制作的带横缝拱坝模型,采用逐步加大的谐波荷载,考察拱坝的动力破坏机理.通过对模型拱坝整个破坏过程的观测,重点研究不同破坏阶段模型拱坝在动力荷载作用下的一些反应规律.同时,结合试验模型坝体的破坏历程.对拱坝计算专用有限元程序ADADP-88的合理性做进一步验证,为工程实际的破坏计算预估莫定基础.     

混凝土高坝仿真计算的并层坝块接缝单元

混凝土高坝往往有一二百层，仿真应力分析的计算量十分庞大，笔者提出的并层算法使计算得到极大简化，但当坝内纵横接缝较多时，并层的效果有所降低，本文提出一种特殊的接缝单元，使各坝块可独立进行并层，互不影响，有效地解决了设有纵横接缝的混凝土高坝的仿真应力分析问题。