碾压混凝土成层特性对重力坝静,动力分析的影响研究

碾压混凝土由于要用逐层碾压的施工方法，致使所形成的大体积混凝土在竖向和水平向具有不同的弹性常数。本文以龙滩碾压混凝土重力坝为工程实例，研究了上述弹性特性差异对坝体静、动力分析所产生的影响。研究结果表明，碾压混凝土竖向弹模的降低对自重、水压等主要静载所产生的应力分布影响不大，但对坝踵、坝趾局部控制性应力值将会产生一定的影响；对坝体的自振振型特性影响不大，但对自振频率值有明显影响。     

横观各向同性对碾压混凝土重力坝动力特性的影响

碾压混凝土重力坝是采用逐层碾压施工方法形成的大体积混凝土,在竖向和水平向具有不同的弹性常数.采用有限元方法,研究在弹性地基上空库和正常蓄水位两种工况下碾压混凝土重力坝的动力特性,及横观各向同性对坝体动力特性的影响.结果表明,横观各向同性对坝体振型影响不大,但竖向弹性模量的减小使坝体自振频率值明显降低.     

碾压混凝土坝考虑异弹模效应的应力分析

将碾压混凝土坝视为具有各向异性弹性特性的均质体，通过在垂直于层面的竖向和平行于层面的横向采用不同弹模来考虑层面对坝体应力影响；同时考虑了坝基弹性的变化对坝体应力影响。由各向异性体的物理方程推导了碾压混凝土的物理方程和弹性矩阵。通过对算例的有限元分析得出了坝体材料异弹模特性和坝基弹性变化对坝体局部应力的影响规律。     

碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型

从碾压混凝土坝的渗透特性出发，分析了碾压混凝土坝层(缝)面渗流与坝体应力相互影响的耦合机理，层(缝)面渗流向层(缝)壁面施加法向渗透压力和切向拖曳力来影响坝体应力，坝体应力改变层(缝)面的等效隙宽来影响渗流，进而提出了碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型，讨论了该耦合模型的有限元数值解法，并给出了工程应用实例。由计算实例可以看出，耦合作用使坝体渗流场发生变化，并且使坝体应力增大，使坝踵处的应力集中加剧。     

碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型

从碾压混凝土坝的渗透特性出发，分析了碾压混凝土坝层（缝）面渗流与坝体应力相互影响的耦合机理，层（缝）面渗流向层（缝）壁面施加法向渗透压力和切向拖曳力来影响坝体应力，坝体应力改变层（缝）面的等效隙宽来影响渗流，进而提出了碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型。讨论了该耦合模型的有限元数值解法，并给出了工程应用实例，由计算实例可看出，耦合作用使坝体渗流场发生变化。并且使坝体应力增大，使坝踵处的应力集中加剧。     

龙滩碾压混凝土重力坝渗流场与应力场耦合数值模拟

龙滩碾压混凝土重力坝最大坝高216．5m，位于中国广西壮族自治区红水河上。本从碾压混凝土坝的渗透特性出发，分析了碾压混凝土坝层(缝)面渗流与坝体应力相互影响的耦合机理：层(缝)面渗流向层(缝)壁面施加法向渗透压力和切向拖曳力来影响坝体应力，坝体应力改变层(缝)面的等效隙宽来影响渗流；进而提出了碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型，讨论了该耦合模型的有限元数值解法，并进行了龙滩碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合数值模拟。从数值模拟结果可以看出，耦合作用使各应力分量增大，而且使坝踵附近的应力集中现象加剧。     

Hardfill 材料非线性弹性本构模型研究

在砂砾料中掺入少量胶凝材料得到了一种新的低强度筑坝材料——Hardfill材料,其力学性能介于碾压混凝土和土石料之间,应力-应变关系具有明显的弹塑性性质和应变软化等特性.在已有研究的基础上,通过理论和数学分析,提出了能够反映Hardfill材料应变软化特性、参数物理意义较为明确的六参数非线性弹性本构模型,并给出了详细的参数确定过程.将该本构模型应用于坝高100m的Oyuk坝进行非线性有限元分析,结果表明:应用非线性本构模型计算所得坝体应力和变形分布规律与线弹性计算结果基本一致;因坝体应力水平较低,材料基本处于线弹性状态,非线性计算所得应力值与线弹性结果相差不大;而在坝趾等应力水平较高的部位,非线性计算所得应力集中值明显较小.     

碾压混凝土坝等效黏弹性参数反演

根据碾压混凝土坝的成层结构特性,将层面影响概化到整个坝体中,将碾压混凝土坝视为横观各向同性体,建立了碾压混凝土坝等效黏弹性模型。根据位移实测资料,采用偏最小二乘法建立位移统计模型,分离水压分量和时效分量,建立反演碾压混凝土坝双向异性黏弹性参数的目标函数,并利用混沌遗传算法对黏弹性参数进行反演。工程实例中,将反演得到的黏弹性参数作为已知值,计算测点在相应时间段变形的水压和时效分量之和,并与分离出的实测值进行对比,结果表明:计算值与实测值比较接近,说明反演方法是正确、可行的。     

横观各向同性岩基对重力坝地震响应的影响

采用基于有限单元法的振型分解反应谱法,研究横观各向同性的层状岩基对重力坝地震响应的影响。研究结果表明,层状岩基的横观各向同性对地震荷载下重力坝的坝踵应力影响不容忽视;层状岩基平行层面与垂直层面方向弹性模量的差异对重力坝的坝体自振频率、坝顶位移及坝踵应力影响显著;岩层倾角对坝体自振频率影响不大,但对坝顶位移及坝踵应力影响较大,倾角60°～135°对坝踵应力分布较为不利。     

RCC重力坝施工期温度应力仿真及开裂风险分析

高RCC拱坝由于其自身材料与施工工艺的特点,易形成层间软弱结构面,影响大坝运行安全,因而探讨RCC拱坝碾压层面、诱导缝弱化对坝体的结构响应特征十分必要。大量研究都表明碾压混凝土层间结合会直接影响层面的力学参数,但就这种力学参数的变化对坝体应力变形的具体影响研究较少。本文结合某水电站RCC拱坝工程,基于其温度场仿真分析成果,分析大坝蓄水阶段,在温度荷载、水荷载和自重作用下,弱化碾压层面和诱导缝的强度对坝体的应力变形特性影响。结果表明,只降低碾压混凝土拱坝碾压层面强度对坝体应力的影响较小;同时将碾压层面与诱导缝强度降低30%时,坝顶的左右拱端、下游面坝顶及表孔周围和建基面附近有拉应力集中现象,最大值接近混凝土的抗拉强度值。碾压层面、诱导缝强度弱化对于坝体顺河向、铅直向位移大小影响不明显,顺河向位移最大值位置稍向左岸偏移;但对坝轴线方向位移的对称性影响明显。     

渗流连续原理确定RCC坝层面厚度的适应性

利用变形等效原理建立了碾压混凝土坝等效弹性模量正分析模型,分析了按渗流连续原理确定的层面厚度对等效弹性模量的影响,结果显示等效弹性模量El和Ev几乎均等于本体弹性模量Ec,即层面对坝体的弹性模量几乎没有影响,与实际情况不符.理论分析和实例计算表明,按渗流连续原理确定的层面厚度应用在变形分析中是偏小的,在变形分析中采用该厚度是不适宜的.     

拱坝振动台模型边界与材料特性对坝体自振特性的影响分析

为了分析模型边界与模型材料对大型拱坝振动台试验模型坝体自振特性的影响,该文针对国内某一特高混凝土拱坝振动台试验模型,利用有限元方法计算分析了不同影响因素参数变化对坝体自振特性的影响。结果表明:(1)地基边界弹模变化对大坝前6阶自振频率影响很小;(2)坝体自振频率随单层坝体材料弹模呈正相关变化,且5～8层坝体弹模变化对坝体自振频率影响相对较大;(3)当地基材料弹模降低时,大坝自振频率降幅明显。当地基弹模逐渐增大时,前两阶自振频率保持相对稳定,中高阶自振频率增幅较大;(4)胶体单独作用和胶与尼龙丝联合作用对坝体自振特性的影响均较小。     

碾压混凝土坝层面弹性模量和厚度反演

将碾压混凝土坝层面的影响概化到整个坝体中，视坝体整体为横观各向同性体，基于实测资料，结合有限元计算，反演坝体横向和竖向弹性模量。然后利用变形等效假定建立横向和竖向弹性模量正分析模型及反演结果，进而推求出层面弹性模量和厚度，为客观模拟层面影响提供了科学依据。     

薄层单元在溪洛渡拱坝有限元计算中的应用

介绍了在溪洛渡拱坝有限元计算中,坝体近坝基部位薄层单元的应用。分析研究了薄层单元厚度、沿坝体厚度方向划分单元层数对于坝体应力的影响,并得出溪洛渡拱坝有限元计算网格划分的原则。根据此原则进行溪洛渡拱坝有限元网格剖分和计算。计算结果表明,坝体近建基面部位划分薄层单元,较大程度地改善了坝体角缘部位的应力,得到了比较稳定的有限元数值解。     

薄层单元厚度对堆石混凝土重力坝施工纵缝仿真的影响研究

堆石混凝土重力坝中,常态混凝土防渗层的施工会使坝体产生一条施工纵缝,其对堆石混凝土重力坝的影响尚不明确,为此,提出采用薄层单元模型对堆石混凝土重力坝的防渗层施工纵缝进行二维仿真。为提高仿真精度,薄层单元厚度的选择是关键。以某堆石混凝土重力坝为例,探讨薄层单元厚度对施工纵缝仿真的具体影响。研究表明：薄层单元厚度对堆石混凝土重力坝施工纵缝的缝面应力以及坝基面的应力影响显著;坝踵和纵缝底端应力整体上与薄层单元厚度线性相关;薄层单元厚度控制在5～15 cm比较适中。     

白眉水库面板堆石坝应力变形分析

运用大型有限元商业软件ABAQUS分析白眉水库面板堆石坝有限元应力变形特性。坝体、坝基岩体分别邓肯E-B本构模型和线弹性模型,分别针对考虑基础变形和不考虑基础变形两种情况进行分析。计算结果表明坝体自身变形较小,而由砂卵石覆盖层引起的沉降所占比重较大,坝体的应力大小与堆石体自重应力较接近,计算成果符合堆石坝的一般应力变形规律,并且和监测成果吻合。     

碾压混凝土重力坝破坏机理研究

碾压混凝土重力坝采用大仓面薄层连续浇筑，其层面是一个薄弱环节，这是一常规混凝土坝的主要区别之一。“八五”期间结合仿真模型试验和非线性有限元法计算，对碾压混凝土重力坝体层间破坏的形状、位置、发生条件及其影响因素进行了研究，为设计碾压混凝土重力坝提供科学依据。     

岩基断层对混凝土重力坝地震响应的影响分析

为探讨岩基中断层对混凝土重力坝响应的影响规律,根据正交实验设计原理,采用基于有限单元法的振型分解反应谱法,分析单组断层的倾角、厚度、弹性模量、泊松比、与坝体相对位置等多种因素对混凝土重力坝地震响应的影响规律.研究表明,影响因素的强弱顺序依次断层的倾角、与坝体相对位置、弹性模量、厚度及泊松比.在含断层岩基的重力坝抗震设计中,应着重考虑断层的倾角、与坝体相对位置对重力坝的影响.     

地基弹性模量对拱坝坝体应力的影响研究

为了探究地基弹性模量对拱坝的影响,通过改变地基弹性模量的大小,研究坝体与地基接触部位的应力变化情况。采用ANSYS有限元分析法,建立拱坝整体有限元模型,选取正常蓄水加温度荷载的工况进行计算。结果表明:随着地基弹性模量的增大,坝体与地基相交处的最大主拉应力和最大主压应力均呈逐渐增大的趋势,但两者的变化幅度均逐渐变缓慢。该研究结果可以为拱坝坝址的选取提供一定的参考作用。在距离坝体边缘大于20 m(约为0.14倍坝高)时,地基的弹性模量对拱坝坝体应力应变的影响就会变得很小,这可以为改善坝基地质条件而采取的地基处理范围提供一定参考。     

重力坝坝身管道布置形式对其抗震性能的影响

为研究重力坝坝身管道布置形式对管道抗震性能的影响,对浅埋式背管、联合承载坝内埋管和设垫层坝内埋管3种布置形式分别建立了管道与大坝整体三维有限元模型,采用时程分析法进行地震响应分析。研究表明:3种布置下钢管的动应力均较小,管道布置形式对其影响不大;管道混凝土腰部和顶部的动应力均较大,属于结构抗震薄弱环节;当管道部分露于坝体之外时,管道上弯段和斜直段动应力较大,特别是上弯段是抗震最不利之处;将管道全部埋入坝体能有效减小上述管段应力,抗震优势明显,钢管外是否设垫层影响很小。