公伯峡面板堆石坝堆石流变特性反演分析

为了分析堆石流变特性及其对公伯峡混凝土面板应力变形的影响,利用原位观测资料对公伯峡面板堆石坝的变形性态进行分析,采用Merchant黏弹性流变模型,反演计算得到相应的流变参数,并用反演得到的流变参数对大坝受力变形进行计算分析。结果表明:堆石的流变作用较明显,流变期间沉降计算值与实测值的变化规律较吻合,堆石流变对面板应力变形、垂直缝和周边缝变形有较大影响;所采用的流变模型和反演得到的流变参数较合理,能够预测面板坝轴向应力和裂缝的发展趋势。     

面板堆石坝面板力学模型及应力分析

面板堆石坝面板裂缝问题一直是制约其发展的一个关键技术问题。相对于竣工期混凝土干缩和温度应力造成的早期细小裂缝而言,蓄水期坝体结构受力变形是造成面板裂缝的控制因素。根据蓄水期面板受力情况,将面板看作弹性地基(堆石体)上的梁,根据鲍幸涅斯克弹性理论求得堆石体对面板的法向抗力和切向抗力,由面板微元受力模型,应用材料力学推导出面板顺坡向应力和轴向挤压应力的表达式。算例表明,公式可以用于估算面板顺坡向最大应力和轴向最大挤压应力。最后分析了表达式中有关参数的变化对面板应力的影响。此研究对控制面板应力和变形、防止面板裂缝具有一定的参考价值。     

坝体结构及流变对高面板坝应力变形影响分析

高面板堆石坝在运行过程中面板容易出现挤压破损,坝体变形过大和变形长期不稳定是主要原因。影响堆石体和面板应力变形的因素较多,主要包括坝体堆石料分区和参数、面板分期及浇筑时机、坝体流变、垫层料表面的处理。基于实测变形反演堆石料本构参数和流变参数,运用反演得到的参数对面板堆石坝坝体和面板应力变形影响的因素进行敏感性分析,得出:提高下游次堆石的填筑标准,能有效减小高面板坝面板上部的顺坡向拉应力;面板分期能减小面板蓄水后的挠度,且最大挠度点往高高程偏移;坝体填筑完成后面板浇筑前预留的时间越长,大坝蓄水引起的变形越小。设置挤压边墙能有效减小面板中部的坝轴向应力和顺坡向应力,同时也能减小面板的挠度;面板最大挠度、坝轴向应力和顺坡向应力在坝体流变作用下逐步增大,并逐步趋于稳定。     

高面板堆石坝面板应力规律分析及改善应力状态的对策

本文分析了面板应力分布及其产生的原因，采用接触力学分析方法模拟混凝土面板和堆石体之间的接触关系，应用假设应变单元，消除因弯曲变形造成的面板单元剪切自锁问题，从而减少面板挠度和应力数值计算误差。在面板温度仿真计算方面，针对不同的入仓温度采用不同的混凝土绝热温升曲线。变形、温度和湿度等方面数值计算显示，弯曲应力场、遭遇寒潮后的温度应力场以及湿度应力场分布趋势相同，它们叠加后，易使面板发生裂缝。最后对某在建高面板堆石坝，提出采用增大面板与堆石体的高程差、推迟Ⅱ期面板浇筑和喷涂聚氨酯保温板等工程措施，以改善面板应力状态。计算结果表明，面板拉应力可降低一个数量级，由原来的1.0MPa量级下降到0.1MPa量级。     

狭窄河谷中的高面板堆石坝长期应力变形计算分析

根据已建面板堆石坝的竣工后沉降变形规律和室内大型三轴流变试验结果,提出了堆石体长期变形流变模型.对建设在狭窄河谷中的九甸峡混凝土面板堆石坝进行了三维应力变形分析,考察了三维效应、堆石体流变等因素对大坝长期应力变形特性的影响.结果表明,狭窄河谷岸坡对坝体存在拱效应,减小坝体应力,同时,由于右岸坡度缓于左岸,右岸侧坝体较左岸侧存在更大的朝向河谷中心的位移.拱效应也阻碍了面板的弯曲和沉降变形,使靠近岸坡的面板接缝拉开和错动,并可能导致河床段面板中上部发生挤压破坏.坝体流变变形增大了面板挤压破坏的可能性.库水推力导致面板在挠曲的同时发生顺岸坡向拉伸,坝体的后期流变变形则可减小或改变面板的拉伸状态.     

公伯峡面板堆石坝面板裂缝成因数值分析

公伯峡面板堆石坝在蓄水运行以来出现了面板裂缝现象,裂缝发生于面板顶部水位附近,两岸坝段多,中间坝段少,且以纵向裂缝为主,而其他类似大坝面板裂缝大都发生在面板中下部,且多为横向裂缝。公伯峡面板堆石坝地处我国大西北地区,冬季气温低,昼夜温差大。本文分别从结构应力与温度应力的角度,数值分析了公伯峡面板堆石坝面板裂缝产生的原因。计算结果显示,温度应力是造成公伯峡面板堆石坝面板裂缝的主要因素,结构应力是造成裂缝两岸坝段多、中间坝段少的原因,纵向裂缝的发生是由库水位高而变动幅度很小所造成的。     

堆石压实标准及结构分区对混凝土面板堆石坝应力变形影响的研究综述

在混凝土面板堆石坝的设计中,坝体的变形是一项至关重要的控制因素。筑坝堆石材料的压实控制标准和坝体结构分区设计是混凝土面板堆石坝变形控制的重要措施。从堆石的压实标准看,当堆石材料的填筑密度从一个相对较低的数值提高到较高的数值时,坝体和面板的变形和应力分布将得到明显的改善。从坝体断面分区布置看,次堆石区的变形将会对面板的应力和变形产生一定的影响,对于高混凝土面板堆石坝,这一影响尤其明显。在坝体的断面分区设计中,变形特性相差很大的堆石填筑分区将有可能导致混凝土面板发生拉伸裂缝。本文通过对相关研究和数值模拟的综述提出：提高堆石填筑压实标准,改进坝体断面分区,可以显著改善坝体和面板的应力变形性状,从而提高大坝的整体安全特性。     

高混凝土面板堆石坝流变机理及长期变形预测

对于面板堆石坝,面板的变形主要取决于堆石体变形,如果堆石体变形过大,就会使面板产生裂缝,从而影响其防渗性能,甚至危及坝体的稳定。由于堆石体流变变形的复杂性,影响的因素很多,因此仅仅通过室内试验很难从本质上反映其流变机理和特性,除了试样尺寸与现场的巨大差异引起的缩尺效应误差之外,就是平行试验成果间也会出现差异。回顾了近年来关于堆石体流变机理方面的一些研究进展,介绍了揭示堆石体流变细观机理的两个流变模型,即基于组构理论的流变模型和基于随机散粒体不连续变形理论的流变模型。最后结合正在建设中的水布垭高面板堆石坝进行了流变分析,预测了大坝完建后的流变变形,计算结果表明,考虑流变效应的最大沉降为2.53m,此值基本处在设计的预测范围之内。     

水布垭面板堆石坝流变初步分析

工程实践表明,堆石体的变形除与应力有关外,还与时间有关,即堆石体具有流变性;进行计入时间效应的应力应变分析,将有助于人们更加全面了解面板堆石坝的性态.运用神经网络技术,通过对西北口面板坝的反馈分析获得了堆石体流变参数,并用于水布垭面板坝流变分析.结果表明,用神经网络技术对已建面板坝长期实测资料进行反馈分析是可行的;水布垭流变分析虽然仅是初步的,但其结果是比较合理的.堆石体流变对水布垭面板坝应力变形状态有一定的影响.     

马鹿塘水电站二期工程面板应力应变监测成果分析

混凝土面板是面板坝的第一道挡水结构,其结构的稳定性和可靠性是衡量大坝安危的首要因素。而面板的应力应变监测是反映面板受力和变形的基础资料之一。对马鹿塘电站二期工程面板的应力应变进行分析,得出面板的应力应变受库水位、坝体自重以及堆石体蠕变等因素影响,仍未达到稳定状态,面板的应力处于低应力状态,面板应变虽个别点较大,但仍在可控范围。并对后期监测提出相应的建议。     

中厚覆盖层上中低面板堆石坝变形特性有限元分析

针对应用更为广泛的中厚覆盖层上中低面板堆石坝变形特性进行了有限元分析,研究了面板堆石坝竣工期及蓄水期的堆石体及面板的变形特性,计算结果表明:相比于竣工期,蓄水期坝体最大竖向位移,向下游的水平位移,大坝大、小主应力及应力水平均有所增加,其中以大坝水平位移增加最为明显,约增加1倍左右,竖向位移增加幅度约为8%,大、小主应力增加10%~20%,应力水平增加约50%。     

狭窄河谷中混凝土面板坝的应力变形规律及工程措施研究

为深入了解河谷地形因素对混凝土面板堆石坝应力变形特性的影响,采用一个典型的混凝土面板堆石坝三维有限元模型进行了不同岸坡坡度与河床宽度等影响因子的分析研究,并在总结已有相关研究成果的基础上,结合工程实例,探讨了改善峡谷地区混凝土面板堆石坝应力变形特性的工程措施。研究成果表明：河谷地形对大坝的作用主要表现在岸坡对坝体和面板的约束及顶托作用,这种作用随大坝长高比的增加而减弱。对于修建于狭窄河谷中的面板坝,其堆石体位移梯度和面板的压应力数值相对较大。工程上可采取提高堆石体压实密度,设置岸坡增模堆石区,以及合理确定面板浇筑时机和设置可吸收变形的面板纵缝填充材料等措施,以控制坝体变形并改善面板的应力状态。     

坝料孔隙率对面板堆石坝应力变形的影响分析

本文以黄河公伯峡水电站面板堆石坝为计算模型,根据不同干密度的材料试验得到的参数,对堆石区不同干密度工况进行了计算,分析了坝料干密度对大坝应力变形的影响规律,可以为进一步的大坝变形反演分析和应力变形预测提供依据。     

高混凝土面板坝面板应力分析现状

结合水布垭混凝土面板坝应力变形计算，对当前混凝土面板应力分析的现状进行了阐述。指出了存在的问题与不足，即如何模拟大坝的施工与蓄水过程，如何反映堆石体及接缝的应力变形特征，如何考虑混凝土面板与垫层之间的相互作用，都会影响到面板应力的计算结果，对几何边界条件的处理，单元网格的划分也会对面板的计算应国产生一定的影响。指出：要使计算的面板应力与实际应力相符，必须在已有工作的基础上加大室内试验力度，对堆石林流变特性，面板与垫层的相互作用，接缝应力变形特性进行全面而深入的研究。     

基于参数反演法面板堆石坝长期运行变形分析

根据水布垭面板堆石坝坝体几何参数和周围山体地形地质资料,建立面板堆石坝三维数值计算模型。以坝体在竣工时的变形实测资料为依据,采用智能位移反演方法反演获得堆石体流变变形参数,对坝体的长期运行变形进行计算分析。通过对大坝堆石体及面板在运行期的应力应变分析成果,可以看出大坝在竣工蓄水后经过一段时间的运行,坝体的整体发生了一定的沉降变形,面板垂直缝、周边缝及止水部位也相应出现了一定变形。通过与实测比较分析,坝体变形在合理范围以内并趋于稳定。在今后坝体的长期运行中,要对出现变形位置的测点加强监测,确保整个坝体长期安全稳定运行。     

特高混凝土面板堆石坝的应力变形比较研究

结合金沙江拉哇特高混凝土面板堆石坝,分别采用邓肯E-B模型和河海统一广义塑性模型,考虑堆石料流变的遗传特性,进行大坝三维有限元分析,并在坝料相同试验结果的条件下对比研究两种不同本构模型下堆石体和面板应力变形的差异。结果表明:两种模型计算的堆石体应力变形规律相似,沉降差异不大,但河海统一广义塑性模型计算的堆石体水平位移及面板挠度均小于邓肯E-B模型;混凝土面板的位移分布差别较大,由于邓肯E-B模型不能考虑堆石料的剪胀性,计算满蓄期面板的变形远大于统一广义塑性模型结果;两种模型在满蓄期计算得到的应力较为接近,与统一广义塑性模型相比,邓肯E-B模型计算得到的堆石体第三主应力较小,面板压应力数值偏大,拉应力区域较大。不同本构模型的计算结果均说明拉哇特高混凝土面板堆石坝的变形与应力在安全范围内,现行设计方案可行。     

水布垭水电站面板堆石坝应力变形分析

水布垭水电站面板堆石坝是当前世界上最高的混凝土面板坝,在设计和施工等方面尚缺乏经验,为此在“九五”攻关中,对其中的关键技术问题进行了科学研究。在计算分析方面,采用不同的计算模型对200m级面板坝施工,蓄水全过程进行了仿真计算,研究其应力变形规律;研究探索了特殊边界,堆石体流变特性等问题,并提出了改善面板坝应力,变形的工程措施。在高面板坝三维有限元计算中引入了堆石体流变特性,初步探讨了堆石体流变对高混凝土面板坝应力变形的影响;提出了耦合薄层单元和三维非线性摩擦接触单元,对非线性K－G模型进行了改进,采用多种模型对水布垭工程面板坝进行了二维,三维仿真计算,从技术上论证了该方案的可行性。     

水布垭面板堆石坝坝体分区优化有限元分析

采用三维弹塑性数值分析的方法，对水布垭面板堆石坝坝体主堆石和次堆石分区进行方案比较和优化分析。三维弹塑性有限元计算分析表明：将主次堆石区分界线移到上游侧，坝体应力、变形、面板应力、变形以及接缝的位移并不产生显的增加，面板坝处于安全状态。水布垭面板堆石坝主次堆石分界线偏向上游的优化方案在技术上是可行的。     

复杂覆盖层上面板堆石坝应力变形分析

大坝覆盖层复杂的面板堆石坝在填筑期或运行期会出现拉裂、挤压、渗漏等破坏,为研究面板堆石坝的受力变形特征,采用数值模拟的方法,模拟了面板堆石坝竣工期和满蓄期两个时期的坝体应力变形特性,表明在主次堆石交界处范围内的应力数值较高,此处必须采取合理施工措施,提高坝体强度。满蓄期面板拉应力较大,为避免受拉出现裂缝,要在坝体两侧受拉显著范围内加大配筋密度。     

面板堆石坝加高离心模型试验研究

汤浦水库东、西主坝为建于软基上的混凝土面板堆石坝,拟采用空心箱体和堆石体方案进行大坝加高,坝高、水位的增加会改变坝体、坝基、面板的应力和变形。采用土工离心模型试验技术研究不同方案下坝体、坝基、面板的应力和变形特性,探讨加高方案的可行性。东、西主坝现状坝体经15 a 的运行,大坝工作性态良好,整体稳定安全。东、西主坝空心箱体加高和东主坝堆石体加高后,坝体及坝基沉降、面板应力增量不大,且很快稳定,面板顺坡向应力大部分为压应力,坝顶附近可能出现很小的拉应力,均小于混凝土强度,上、下游坝坡稳定。西主坝堆石体加高后,坝体及坝基沉降、面板应力有一定的增大,面板顺坡向应力大部分为压应力,小于混凝土抗压强度,坝顶附近可能出现一定的拉应力,上、下游坝坡稳定。试验结果表明,2种加高方案均可行,但空心箱体加高方案优于堆石体加高方案。