碾压混凝土拱坝诱导缝设置研究

鉴于制定合理的诱导缝分缝方案是改善碾压混凝土拱坝坝体应力、防止大坝开裂的重要措施,采用三维有限元技术,考虑施工期瞬态温度荷载作用,比较分析了桑郎碾压混凝土拱坝在不同分缝方案下的诱导缝开裂情况和坝体应力。结果表明,在靠近拱坝高拉应力区设置的诱导缝更易开裂,有效地起到释放坝体应力的作用;诱导缝的开裂对坝体不同部位的应力改善效果不同,诱导缝开裂后拱坝上下游表面高拉应力值降低明显,但远离诱导缝的坝内应力值降低较小,对碾压混凝土拱坝的诱导缝设置具有一定的参考作用。     

考虑横缝影响的某双曲拱坝动力分析

基于某拱坝有限元模型,采用动接触模型模拟拱坝横缝,分析横缝对拱坝地震响应的影响及动力作用下拱坝横缝的开度。与无横缝模型结果对比分析表明,横缝的存在会使拱坝应力重分布,且其张开可减小拱向应力,同时增加梁向应力。从最大主应力角度考虑,横缝的存在削弱了拱坝的整体性,导致最大主应力增大,但对位移的影响不大;横缝开度较大区域集中在拱冠梁和左右岸坝肩位置,因而横缝影响在拱坝动力分析中不可忽略。     

青龙RCC拱坝封拱温度对拉应力的影响

青龙RCC拱坝在施工过程中多次调整封拱温度,针对不同的封拱温度方案,利用ANSYS有限元软件计算了温降工况下坝体的应力,并编写APDL程序导出了各方案下上、下游面两拱端及拱冠的等效应力,分析了拉应力的分布规律。结果表明,不同封拱温度方案下青龙拱坝坝体拉应力分布差距较大,当局部高程坝体的实际封拱温度高于设计值时,坝体的拉应力分布范围较设计工况有所扩大,应力值增大;在高温季节施工时,若不采取温控措施,坝体会产生过高的拉应力而影响安全。     

坝体及地基弹性模量分区对碾压混凝土拱坝应力应变的影响

为改善碾压混凝土拱坝的应力应变分布状态,以某碾压混凝土拱坝为基础模型,利用有限元分析软件ANSYS模拟分析了5种坝体材料分区和3层地基材料分区碾压混凝土拱坝的动力响应特性及坝体应力分布。结果表明,随坝体材料弹性模量的整体提高,拉应力值由未分区的1.418 MPa减小至1.374 MPa,顺河向动位移均方根显著减小;坝体中下部地基弹性模量的选择对碾压混凝土拱坝应力分布影响较大。研究成果可为碾压混凝土坝温控防裂提供参考。     

高拱坝表孔闸墩侧面拉应力影响因素分析

高拱坝泄洪能力大,泄洪表孔尺寸大,结构复杂,荷载作用下闸墩内侧面往往会出现很大的拉应力。为此,采用ANSYS有限元方法计算研究温度荷载、弧门推力、坝体上游静水压力等因素对高拱坝泄洪表孔闸墩侧面拉应力的影响,通过改变闸墩厚度及在坝体上游与闸墩外侧交接处增设局部放大体来研究其对闸墩侧面拉应力的影响。结果表明,温度荷载及弧门推力对闸墩侧面拉应力影响不大,坝体上游面静水压力引起拱坝由两岸向坝顶泄水表孔变形是引起闸墩内侧面拉应力大的主要原因;增加闸墩厚度和增设局部放大体两种方法均可有效减小闸墩内侧面的拉应力,且后者混凝土用量少,节约材料。     

高拱坝流固耦合动力特性研究

高拱坝的动力特性分析是高坝抗震设计的重要内容。结合拉西瓦拱坝,考虑流固耦合作用及粘弹性边界影响,建立拱坝—地基—库水三维有限元模型,以研究库水对拱坝结构振动频率和振型的影响,借助反应谱理论对拱坝进行反应谱计算与分析。结果表明,坝体位移以顺河向为主,位移最大处出现在坝顶;坝体应力主要为拉应力,应力最大处出现在坝顶附近,计算结果与事实情况相符,符合拱坝震动的一般规律;在设计反应谱的振动作用下,该拱坝未出现大范围的破坏,满足《水工建筑物抗震设计规范》要求。     

金佛山混凝土面板堆石坝应力变形三维有限元分析

以重庆市金佛山混凝土面板堆石坝为例,采用邓肯—张E-B非线性弹性模型对其进行了静力三维有限元应力—应变分析。结果表明,施工期和蓄水期坝体沉降量分别为71.55、73.75cm,占最大坝高的0.65%和0.67%;面板和趾板的压应力和拉应力均小于混凝土的抗压与抗拉强度;面板最大沉降量分别为0.38、0.64cm,且位于面板中部;施工期面板顺河向水平位移朝向上游,最大值仅为0.14cm;蓄水后面板顺河向水平位移朝向下游,最大值为1.09cm;垂直缝和周边缝的变形量较小,均能满足设计要求。     

佛湾水库砌石拱坝三维有限元分析

以佛湾水库为例,针对拱坝应力状态比较复杂的问题,采用三维有限元法计算了单曲砌石拱坝在多种荷载组合作用下的坝体应力及变形。结果表明,坝体的应力及变形均符合一般规律,且坝体变形较小、坝体上游面拱端处拉应力较大、坝体与坝基接触处存在应力集中现象,经有限元等效应力计算后,其结果在规范允许的范围之内,从而验证了设计方案的可行性。     

隔河岩大坝拱冠梁位移与环境量关系的分析

清江隔河岩水电站自1993年蓄水发电至今已运行近20年,各项性态趋于稳定。根据清江隔河岩大坝近年来的大坝安全监测资料,主要针对拱冠梁15号坝段的位移,在基于物理推断分析的基础上,采用统计模型和反向传播(BP)神经网络模型进行了分析与研究。通过对2种模型分析的结果进行比较,应用BP神经网络模型进行分析具有更高的拟合精度和预测精度。分析结果表明:隔河岩大坝拱冠梁径向位移与上游水位呈正相关,与气温呈显著的负相关;拱冠梁切向位移与上游水位和气温无明显的关系,且径向位移非常小,拱冠基本呈对称状态,符合拱坝变形规律。     

基于三维有限元法的碾压砼拱坝应力仿真计算研究

为防止大坝因局部拉应力过大而产生坝体拉裂现象,基于拱坝温度场和温度徐变应力场基本原理,以江西省萍乡市山口岩水利枢纽工程拦河坝为例,利用三维有限元法对拱坝施工期与运行期的温度场和应力场进行了仿真计算。结果表明,拱坝的施工与设计中未采取温控措施、不设置分缝,坝体拉应力过大,超出了碾压砼的抗拉强度,对大坝防裂稳定不利;对拱坝合理地设置横缝和诱导缝,采取温控措施,坝体高拉应力区的应力可得到有效改善,应力得到了释放,最大拉应力小于碾压砼的抗拉强度,有利于大坝防裂,为坝体稳定提供了保障。     

上标混凝土拱坝裂缝成因分析

在对测缝计观测资料定性和定量分析的基础上，采用拱冠分载法和三维有限元法对上标混凝土拱坝的结构性态度进行了计算分析，并对坝体裂缝成因及其影响进行了综合分析和评价，结果表明，坝体温度变化引起的应力重分布是坝体裂缝产生和扩展的主要原因。     

高拱坝建基面相对损伤面积敏感性分析

基于损伤本构关系的非线性有限元能较为真实地模拟拱坝的实际工作性态,但用于高拱坝安全度评价时水压力和温度荷载、坝体混凝土的弹性模量和抗拉强度、地基岩石的弹性模量等均具有随机性。以某高拱坝为例,以温降荷载组合作为基本研究工况,根据地形地质条件和坝体体形及施工过程,建立高拱坝非线性有限元计算模型,通过正交试验法建立18种计算方案,得到不同方案下上下游面、建基面相对损伤面积,再运用无量纲化和多元线性回归分析的方法计算建基面相对损伤面积与各影响因素之间的关系。结果表明,建基面相对损伤面积与水荷载、温降荷载呈正相关,与地基岩石弹性模量、坝体混凝土弹性模量、坝体混凝土抗拉强度呈负相关。对建基面相对损伤面积的影响程度从大到小依次为水荷载、地基岩石弹性模量、坝体混凝土弹性模量、坝体混凝土抗拉强度、温降荷载。     

库水位变化对砼拱坝动力响应特征的影响

从动力平衡方程出发,在定性分析库水位变化对混凝土坝坝体动力响应特征影响的基础上,采用解耦分析方法,并引入一种接缝薄层单元来模拟横缝的非线性力学行为,计算不同库水位工况混凝土拱坝在典型地震作用下的动力响应,分析库水位变化对坝体动力响应特征的影响。结合小湾水电站实例,同时考虑横缝非线性行为和动水压力作用,计算分析了横缝缝面法向正应力拉压分布在不同库水位下的变化情况、横缝上游面在地震波作用下开度的变化规律,以及该拱坝在不同库水位作用下的频率变化,分析结果对拱坝的正常运行具有一定的指导意义。     

分缝自重与整体自重对乌东德拱坝动力横缝张开度的影响

针对分缝自重与整体自重对乌东德拱坝在地震作用下横缝张开度的影响,采用接触力模型对其进行对比分析。结果表明,两种自重施加方式造成坝顶横缝张开度分布规律不同,但最大张开度数值相差不大,地震结束后横缝均处于闭合状态;对两种自重施加方式,上下游坝顶横河向压应力分布是影响横缝张开度分布的主要原因。这对乌东德及类似高拱坝工程具有参考价值。     

土石坝加宽培厚对坝体位移与心墙应力变化的影响

为考察西南地区某土石坝加宽培厚后坝体的真实工作性态和安全状况,采用三维有限元方法分析了土石坝坝体加宽培厚及蓄水运行时坝体位移、防渗心墙应力与等效塑性应变区域的变化规律。结果表明,坝体沉降最大值发生在加宽培厚土层区域,且坝体出现了向上游与向下游的水平位移,下游贴坡式加宽培厚方式使坝体防渗心墙出现了拉应力与较大区域的等效塑性应变范围,坝体加宽培厚后,需进一步判定坝体培厚土层的稳定性以及心墙的屈服情况与防渗性能。研究成果可供类似工程参考。