寒潮冷击作用下堆石坝混凝土面板温度应力研究

本文结合公伯峡混凝土面板堆石坝,针对施工期可能发生的最不利寒潮情况,进行了寒潮期间面板温度场和温度应力的全过程有限元仿真分析。结果表明,在寒潮冷击作用下,面板表面及中心的温度将随着寒潮的发生而持续降低,其中面板表面温度降幅最大此时面板表面和中心均出现拉应力,面板表面的最大主应力大于面板中心的最大主应力;面板表面和中心的最大主应力均发生在面板中部,即高程约为坝高一半的位置;采取保护措施可以明显削减寒潮始末的降温幅度及最大主应力增幅,保护措施越强其削减效果越好。     

基于有限元方法的碾压混凝土重力坝坝体体型优化研究

采用非线性优化方法中的序列二次规划法（SQP）优化碾压混凝土重力坝坝体体型。此方法以坝体混凝土总造价为目标函数，采用弹塑性有限元方法计算坝体的应力，并且在“准弹性稳定法则”的基础上提出了有限元计算碾压混凝土重力坝应力的控制标准。该方法不仅考虑了坝体材料分区问题而且在优化过程中考虑了河谷形状对目标函数的影响，采用更多变量的组合，进行坝体体型优化设计。计算实例表明，在满足设计安全的前提下，能获得经济、实用的坝体体型。     

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。     

混凝土重力坝抗震配筋加固措施的效果研究

混凝土坝遭遇强烈地震导致坝体严重受损已有先例.工程界建议布置坝面钢筋以提高坝体抗震性能.基于此,本文应用嵌入式滑移模型和钢筋刚化模型模拟混凝土重力坝配筋前后的地震动力响应,据此评价坝面配筋措施的抗震效果.计算结果显示,配筋前后结构整体响应基本一致,但布置坝面钢筋后坝体裂缝由集中裂缝分散为多条裂缝,裂缝张开位移和扩展深度较配筋前减小;此外,钢筋滑移对坝体裂缝分布形态也有一定影响.研究表明:配置坝面钢筋对限制与分散混凝土开裂将起到一定的作用,有助于提高混凝土坝抗震性能.     

二滩拱坝及坝基材料参数反馈分析

本文采用有限元方法,对二滩拱坝坝体及其基岩弹性模量进行反馈分析。反馈分析中主要以二滩拱坝的垂线观测资料作为比较对象,通过不断调整坝体混凝土各个分区以及地基不同类型岩石的弹模取值,使有限元模型计算的坝体位移与实测位移尽可能接近,得到了一组合理的坝体和基岩弹模参数,并对坝体变位分布规律进行了分析。     

高相对湿度对热浪及寒潮事件的放大效应评估——以嘉陵江流域为例

高相对湿度和极端温度具有并发性和持续性，危及人类健康。本文以嘉陵江流域为例，首先基于温度和相对湿度数据计算体感温度，进一步计算热浪指数和寒潮指数，评估流域热浪、寒潮事件的时空分布及风险特征。结果表明1960—2020年期间，嘉陵江流域热浪事件整体上呈现增加趋势，寒潮事件呈现减少趋势。体感热浪指数约为热浪指数的2～3倍，体感寒潮指数大于相应的寒潮指数，说明该流域高相对湿度能放大热浪与寒潮事件的严重程度，且对热浪的放大效应大于寒潮。通过对回归期（发生概率）的分析，传统的基于最高（低）温度的单变量风险评估方法忽略了相对湿度的影响，会大大低估极端温度事件的风险。     

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。     

三峡大坝14号坝段坝体应力应变分析及预测

为了解三峡左岸大坝应力应变的工作性态及变化趋势，选择大坝的14号关键坝段对坝体的应力应变进行分析。分析表明，坝体应力应变在设计的混凝土标号的抗压、抗拉强度范围内，其分布及变化符合重力坝一般规律，工作性态正常;预测数学模型的定量分解结果认为，影响坝体垂直向应变的主要因素是坝体自重，其次是水位，时效及温度对坝体影响较小。水库蓄水抬高到155.5 m，175 m时，预测坝体应力应变均在设计的混凝土标号的抗压、抗拉强度范围内，工作性态正常。     

某碾压混凝土重力坝温度场及应力场仿真研究

温度荷载是混凝土坝应考虑的主要荷载之一,而坝体会因温度应力过大从而导致产生温度裂缝,对大坝的安全运行产生不利影响。为避免在施工和运行过程中因温度应力超过坝体混凝土的容许应力而产生温度裂缝,基于热传导理论,针对某碾压混凝土重力坝施工期和运行期的整个过程,采用三维有限元数值仿真分析方法,进行了温度场和温度应力场的计算分析。计算结果表明:提出的温控施工方案可有效降低坝体的最高温度和温度应力,并且此施工方案可满足相关规范要求和该工程的温控设计要求。同时,此研究成果亦可为类似工程提供借鉴。     

通过监测资料反演严寒地区混凝土热学参数的方法

在新疆严寒地区,日气温变幅较大,寒潮频发,对混凝土采取保温措施后,进行混凝土热学参数的反演过程中,根据以往的经验公式及简化计算,计算结果与实际误差较大。通过建立混凝土温度场的数学反演模型,推求混凝土的热学参数（导温系数、等效表面放热系数）,并结合工程实例给出了求解过程。     

重力坝的随机徐变应力场研究

本文将随机有限元法引入了重力坝随机徐变应力的计算,综合考虑了坝体混凝土温度场以及混凝土力学参数（包括徐变参数和弹模）随机性对徐变应力场的影响,模拟施工步序,对一典型重力坝的随机徐变应力场进行了计算,得出了一些有益的结论。     

碾压混凝土坝仓面压实质量5D可视化馈控研究

为满足碾压混凝土坝施工质量精细化控制要求，研发了碾压混凝土坝仓面压实质量5D（三维位置、时间和质量参数等5维）可视化馈控系统。首先，提出基于AutoCAD/OpenGL的施工期3D快速建模方法，方便施工一线技术人员构建坝体施工单元3D信息模型，可精确表现随仓面施工进度推移而叠加演变的坝体形态，并有效显示施工阶段坝体实体信息；其次，基于仓面实时获取的碾压工艺参数，建立了基于BP-ANN的碾压层压实度计算模型，给出碾压混凝土坝压实质量全仓面智能评价方法，远程3D模型上可实时显示碾压层施工质量数字可视化云图，并形成Web在线碾压质量报告，实时指导施工人员针对欠碾区域及时补碾修复和再评价，实现了智慧施工。研发系统应用于工程实际，验证了其可靠实用性。     

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。     

考虑冷却措施的高混凝土坝施工过程温度场分析研究

为充分开发利用我国蕴藏的丰富水能,一批高混凝土坝正在规划建设之中.在高混凝土坝施工过程中,由于温度处理不当而导致坝体开裂甚至危及坝体安全的事例较为多见,温度控制问题已成为影响坝体施工速度和坝体安全的关键因素.埋设冷却水管是混凝土坝人工冷却的一个有效手段,可以实现削减初期温度峰值、减少混凝土温度降至稳定温度的时间的作用.因此,研究冷却水管对高混凝土坝施工过程温度场的影响具有十分重要的工程意义.本文在前人研究的基础上,以ANSYS为平台,以APDL开发语言为工具自行编制了混凝土浇筑过程非稳定温度场的计算程序,验证了程序的准确性,进而以该程序为工具,以龙滩碾压混凝土重力坝浇筑过程为实例,针对天然冷却和有人工冷却措施两种工况进行了温度仿真分析,并研究了大坝浇注完毕后坝体温度场与正常蓄水位下的水荷载耦合作用的应力场分布规律,通过两种工况研究结果对比,分析了人工冷却措施对大坝安全性的影响,得出了一些有益的结论.     

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。     

沥青混凝土心墙坝应力变形及水力劈裂研究

采用三维非线性有限元法对新疆某沥青混凝土心墙堆石坝进行了应力变形分析,计算中采用邓肯E-B模型作为坝体及心墙的本构模型,对大坝施工和蓄水过程进行了模拟,并采用线弹性断裂力学方法对沥青混凝土心墙是否会发生水力劈裂破坏进行了判定分析。计算结果表明,坝体和心墙应力变形均处在合理范围之内,但心墙中存在一定的拱效应,需要研究其发生水力劈裂的风险。基于线弹性断裂力学理论建立了沥青混凝土心墙水力劈裂判定准则,并在可能开裂处预设裂纹进行水力劈裂判定,结果表明,该裂纹尚不能扩展,沥青混凝土心墙不会发生水力劈裂破坏。     

基于实测资料的龙开口碾压混凝土重力坝温度仿真分析

基于温度实测资料,采用有限单元法按照碾压混凝土坝分层浇筑的施工特点,对龙开口最高挡水坝段的全过程温度场进行仿真模拟。计算考虑了混凝土的水化反应、冷却通水、环境气温、库水位等对坝体温度的影响。仿真结果与实测温度变化过程吻合良好。仿真结果表明,浇筑过程中EL1230-1260 m高程坝体内部形成了较大片"高温区",长时间保持28~30℃;但随着与外界空气、库水热交换散热,高温范围逐渐缩小,预测运行十年后坝体温度稳定在20~22℃;另外,坝址干热河谷气候和冷却通水对坝体温度分布有着显著的影响。     

基于实测资料的龙开口碾压混凝土重力坝温度仿真分析北大核心CSCD

基于温度实测资料,采用有限单元法按照碾压混凝土坝分层浇筑的施工特点,对龙开口最高挡水坝段的全过程温度场进行仿真模拟。计算考虑了混凝土的水化反应、冷却通水、环境气温、库水位等对坝体温度的影响。仿真结果与实测温度变化过程吻合良好。仿真结果表明,浇筑过程中EL1230-1260m高程坝体内部形成了较大片“高温区”,长时问保持28～30℃;但随着与外界空气、库水热交换散热,高温范围逐渐缩小,预测运行十年后坝体温度稳定在20～22℃;另外,坝址干热河谷气候和冷却通水对坝体温度分布有着显著的影响。     

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.