沥青混凝土心墙与过渡层变形协调性及防渗的影响研究

采用三维有限元法对云南省某沥青混凝土心墙均质坝进行了心墙与两侧过渡层变形协调性的数值模拟分析,研究心墙的厚度对坝体防渗影响的变化规律。计算中坝体和心墙的本构模型采用邓肯张E-B模型,对不同厚度的心墙分别进行了模拟计算,并对比其相互之间的变形协调规律及心墙的防渗效果。计算结果显示,心墙厚度在0.3 m、0.4 m和0.5 m条件下,大部分水平位移满足变形协调性,顺河向水平位移值随着心墙厚度的增加而变大,拱效应越明显,说明对心墙水平位移越不利。心墙与过渡层的沉降随着高程的增加而变大,并且随着心墙厚度的增加,沉降的最大值随之减小。相对两侧的过渡层而言,心墙上部沉降小,底部沉降大,整个心墙在高度方向上有"被拉伸"的现象,这就为心墙产生拱效应提供了必要条件。心墙以受压应力为主,通过验算,并未发生水力劈裂破坏。坝体加入沥青混凝土心墙后,浸润线明显降低,防渗效果好,并且渗流量随着心墙厚度的增加而减小。     

土石坝沥青混凝土心墙水力劈裂研究

结合Finstertal坝的运行资料和室内三轴试验结果,分析了沥青混凝土心墙在蓄水运行过程中存在产生水力劈裂的前提条件,主要包括:沥青混凝土的剪胀性以及渗透系数对孔隙率、骨料级配的依赖性;对沥青混凝土进行了室内水力劈裂试验,并对试验资料进行数值计算的结果表明,试件在受拉时形成的局部微小裂缝的诱导下发生了水力劈裂;结论对高沥青混凝土心墙堆石坝建设具有一定的指导意义。     

深覆盖层土石坝三维有限元应力应变分析

采用邓肯张E—B非线性模型对某深覆盖层坝基上沥青混凝土心墙土石坝进行了三维有限元应力应变分析，采用无质量地基模拟坝基和山体对坝体沉降变形和应力的影响，给出了深覆盖层上坝体的应力和变形特点，特别是沥青混凝土心墙上的应力、位移分布特点，为大坝的安全设计提供理论依据。     

超高心墙堆石坝拱效应分析

心墙拱效应会降低心墙竖向应力,诱发水平裂缝,从而产生水力劈裂,危害大坝安全,这在超高心墙堆石坝中尤为显著。以某300 m级高心墙堆石坝为研究对象,通过实测资料和有限元计算分析了坝体应力沉降规律,探讨了坝体材料对心墙拱效应影响状况及土拱作用较强的部位,进而评估了因拱效应导致水力劈裂的可能性和心墙应力传递随高程的折减情况。研究表明,心墙最大沉降的计算值略低于实测统计值,坝体内部没有出现拉应力;心墙坝基处下游部位拱效应影响较大,坝基以上部位心墙坝轴线处拱效应明显,基本不会因拱效应影响导致出现水力劈裂;拱效应受心墙与坝壳变形模量比和心墙泊松比影响较大;780 m高程以上部位土拱作用明显,导致上部应力向下传递的折减较大。     

沥青混凝土心墙石渣坝的有限元计算分析

沥青混凝土心墙石渣坝是在我国西南地区应用的一种新坝型,目前已成功建成3座,正在施工4座.论文以二朗庙沥青混凝土心墙石渣坝为例,通过二维有限元计算分析,探讨沥青心墙、过渡料及石渣料的相互关系和石渣料及沥青心墙性能变化的敏感性影响.计算结果表明,由于坝体主堆体石渣料变形模量与过渡料变形模最相差较大,造成过渡料与石渣料的变形和应力应变过渡不共平滑.建议根据石渣料的特点,过渡料采用与石渣料性能相近的石料或砂砾料、或将过渡区分成两区.这样不仅可使过渡料与石渣料变形和应力应变的平稳过渡,而且节约了工程投资.     

基于材料非线性的坝体-地基体系损伤本构模型研究

传统的线弹性模型不能描述混凝土岩石在遭遇超出其抗拉、抗压强度的外荷载作用时所表现的非线性性能以及应力重分布现象,本文从损伤力学的角度出发,坝体-地基体系分别采用混凝土损伤塑性模型—D-P弹塑性模型及混凝土损伤塑性模型-修正的岩石损伤塑性模型,对典型的Koyna重力坝进行动力非线性响应分析。计算结果表明实际坝体的损坏可能是由于地基破坏造成的。     

双江口心墙堆石坝坝体变形和应力对材料的参数敏感性分析

采用三维静力有限元法,基于邓肯-张E-B非线性弹性模型,模拟计算了双江口高心墙堆石坝的应力与变位.研究了基准参数,高强参数,低强参数,心墙拱效应分析参数与不均匀沉降分析参数对坝体变位与应力的影响.研究结果表明各种参数下坝体变形规律与主应力分布规律一致,但是坝体变形与应力的量值随着不同强度的参数而有差异.坝体沉降在高强参数下取得最小值,比基准参数下的值减小0.147m(约6.34%);在低强参数下取得最大值,比基准参数下的值增大0.2m(约8.62%).在不同参数计算的结果中,上游堆行区特征点大主应力极大极小值相差0.011MPa,下游堆石区特征点大主应力极大极小值相差0.308MPa,心墙特征点大主应力极大极小值相差1.261MPa,说明心墙应力对于材料参数的敏感性明显高于上下游堆石区应力.     

汽轮机转子弹性槽三维表面裂纹的边界元分析

本文在对弹性槽应力分布数值解分析的基础上,将弹性槽表面缺陷作为三维表面裂纹处理,进行线弹性(考虑塑性修正)断裂力学分析,用边界元法进行了权函数和应力强度因子的计算,得出了权函数及沿裂尖的应力强度因子分布(K-θ关系),并与转子中心孔表面裂纹计算结果进行了对比。分析了机组启停工况下转子不同表面裂纹可能的开裂方式。     

超高心墙堆石坝应力变形特点分析

土石坝是世界各国广泛采用的坝型,我国在建和拟建的300m级高坝许多为土石坝.清华大学水利水电工程系近年来参加了糯扎渡、双江口、两河口、古水和其宗等300m级超高心墙堆石坝的应力变形分析工作.论文总结了上述超高心墙堆石坝工程坝料分区特点以及邓肯张EB模型参数的取值范围,选取典型计算成果分析总结了超高心墙堆石坝在坝体应力、心墙拱效应、坝体变形分布、心墙超静孔隙水压力和坝体应力水平分布等方面的一般规律和特点.     

当前沥青混凝土防渗土石坝建设中若干问题的探讨

结合室内试验研究资料、大坝原型监测资料和大坝变形应力计算成果,对当前沥青混凝土防渗土石坝建设当中存在的若干问题进行研究.文中分析了水工沥青混凝土防渗材料试件成型方法、加载速率和温度等合理的试验条件;指出现有土石坝设计规范中关于沥青混凝土心墙的静止侧压力系数K.规定存在的问题;结合沥青混凝土材料的力学特性,分析心墙拱效应与大坝分区设计的相关关系,并对其质量控制标准的不足进行了探讨,提出了建议.     

大坝混凝土断裂强度及其确定方法

混凝土防裂是重大水工混凝土工程建设中的核心课题，建立准确的混凝土开裂判据，合理确定混凝土真实的力学参数，是进行混凝土结构开裂风险分析、裂缝稳定性评价的重要依据。本文以获取混凝土真实的断裂参数为目标，提出了混凝土断裂强度的概念，并将传统的强度理论和混凝土断裂力学相结合后，建立了基于断裂韧度确定混凝土抗拉强度的计算方法，该方法能够反映混凝土内部初始缺陷对其宏观抗裂性能的影响；然后，利用相关实验结果验证了计算方法的合理性。结果表明，断裂强度可作为混凝土开裂分析的固有材料属性，这为混凝土结构设计提供了新理念。     

混凝土断裂试验中的声发射特性研究

声发射技术作为一种现代无损检测技术,能简便快捷地判别混凝土在受力状态下内部缺陷的产生与发展,是混凝土材料断裂力学研究的重要分析手段和有效的评价途径。文章首先阐述了声发射技术在混凝土检测领域的国内外研究与应用现状,特别是在大坝混凝土领域的研究进展。课题组通过改进现有试验装置和更新改造测量设备,将声发射检测系统引入混凝土双K断裂参数试验中,新装置不仅能够精确控制试验中的加载速率,而且可以实时监测试件的起裂状态,能够准确判断试件的开裂和失稳破坏的时刻和特征。文章根据混凝土断裂临界状态的声发射识别特征,建立了混凝土断裂的声发射判据。试验结果表明,利用声发射特征参量可以准确判断试件的起裂时刻,与传统的应变法测量的起裂时刻吻合的较好,并且这种判据更加直观,便于现场操作,从而为声发射技术在混凝土断裂参数的测试中应用提供了理论与技术支撑。     

基于实时监控的沥青混凝土心墙坝坝面碾压施工仿真研究

目前沥青混凝土心墙坝坝面碾压施工仿真主要考虑碾压机械的工作效率,没有将实际的施工数据融入到仿真模型中,从而降低了仿真的可靠性。针对此问题,本文将碾压过程实时监控引入仿真模型,基于实时监控技术的碾压施工数据,通过数理统计方法,获得贴近实际施工的仿真参数;同时,结合离散事件仿真方法,建立沥青混凝土心墙碾压施工过程的精细化仿真模型;最后,通过Monte Carlo方法计算得到填筑单元的碾压历时和区段初碾合格率。以西南某在建沥青混凝土心墙坝工程为实例进行仿真计算分析,通过置信度检验方法对仿真模型进行验证,并通过局部灵敏度分析的方法对仿真参数进行灵敏度分析,为现场坝面碾压施工的指导和工程进度的控制管理提供技术支持。     

冶勒水电站沥青混凝土心墙防渗性能的试验研究

本试验侧重于沥青混凝土的防渗性能研究。重点研究了沥青混凝土在施加不同荷载水平条件下的变形性能与防渗性能,通过试验论证了采用沥青混凝土作为堆石坝防渗心墙材料的可行性。成果为已开工的冶勒水电站大坝的设计和施工提供了重要的参考依据。     

西龙池下库沥青混凝土面板堆石坝的应力变形分析

西龙池抽水蓄能电站下库大坝为沥青混凝土面板堆石坝，坝址地质地形条件复杂。本文采用沈珠江双屈服面模型和Burgers粘弹性模型分别模拟堆石材料和沥青混凝土材料的应力应变关系，对该坝进行二维及三维应力变形有限元分析。计算结果较合理地揭示该坝在施工和蓄水过程中的受力和变形性状。本文对面板计算参数进行了敏感性分析，重点研究覆盖层不均匀沉降对面板变形的影响，并对改善面板变形情况的工程措施进行了模拟计算和可行性分析。     

降低高沥青混凝土心墙拉应力的措施研究

传统沥青混凝土心墙堆石坝中心墙和坝壳沿坝轴线方向均为直线型。心墙在水压力推动作用下产生指向下游的挠曲变形，心墙轴线伸长致使其内部产生拉应力，坝高越高，心墙产生拉裂缝的风险越大。本文基于心墙产生拉应力的机理，提出了两种新坝型（直坝曲心墙坝型和曲坝曲心墙坝型）的改善措施。借助有限元计算，研究了坝高和坝轴线长度对心墙挠曲变形和拉应力的影响，考察了新坝型的改善效果，表明坝高越高、坝轴线长度越长和岸坡坡比越大，心墙拉应力越大，新坝型对减小心墙拉应力具有良好的效果。通过施工技术、施工工期以及经济成本等方面的分析，表明新坝型可行，具有良好的应用前景。     

土质心墙土石坝变形协调控制发展与展望

回顾了高心墙坝历史上出现的心墙渗透破坏和水力劈裂、坝顶纵向裂缝等主要事故,探讨了事故的可能原因,提出了注意岸坡基岩约束、快速蓄水的影响及严格控制坝壳密度等变形协调控制要求。分析了心墙坝变形协调有关的相互作用及其三维特性和长期特性,提出了岸坡约束差异变形水力劈裂机理和顺岸坡变形协调性判据。总结了心墙坝变形协调控制的认识转变、预测能力和控制手段发展过程,梳理了变形协调控制要求由表面沉降变形协调向表面沉降协调和内部沉降变形协调联合过渡,再从空间变形协调向长期空间协调发展的技术脉络,对进一步技术发展作出了展望。     

基于电子散斑干涉技术的混凝土裂纹扩展特性研究

由于存在断裂过程区,混凝土材料的断裂行为表现出一定的非线性,材料的断裂性能对水工结构的承载力和耐久性评估至关重要。为了研究混凝土的非线性断裂行为,对带预制切口的混凝土梁进行三点弯曲试验,采用电子散斑干涉（ESPI）技术获得梁表面的位移场。通过分析梁试件在15个加载步下的裂纹扩展状态,即COD（裂纹张开位移）与a（裂缝长度）的关系,分析混凝土裂纹扩展规律。鉴于线弹性断裂力学（LEFM）公式不适用于裂纹尖端附近的位移计算,在ESPI测量结果的基础上,通过对COD-a曲线进行分段分析,建立了适用于裂缝全长度的COD-a的函数关系式。