小湾拱坝诱导缝模拟计算

对小湾拱坝设置底部诱导缝进行了合理模拟,并应用三维有限元方法对设缝前后拱坝的工作性态进行了计算分析.结果表明:设置诱导缝,可改善坝踵附近的应力分布,从而起到保护坝体的作用,且对拱坝的整体稳定安全度影响很小.     

考虑地基松弛后的小湾拱坝诱导缝布置分析

针对小湾拱坝出现地基松弛的实际工程条件,应用三维弹粘塑性有限元方法,分别对两种底部诱导缝布置方案进行对比分析计算,研究不同诱导缝布置方案对拱坝结构的影响,以及坝体内诱导缝面上的力学行为,综合评价在原设计方案基础上结构诱导缝沿左右岸各延伸两个坝段后的效果及其利弊.研究结果表明:两种方案的诱导缝设置高程均是合适的;与基本布置方案相比,诱导缝设置范围扩大后,对拱坝的整体影响并不显著,但对低高程局部部位的影响较明显,低高程部位坝基基岩的抗剪能力削弱明显,有可能影响坝基坝肩防渗体系的可靠性.通过综合考虑,建议采用基本诱导缝布置方案.     

高拱坝-坝基系统的三维静力非线性数值分析

高拱坝收缩横缝和坝肩节理岩体的结构非线性特性对坝体应力、变形影响显著，是高拱坝分析中的一个重点和难点问题．针对高拱坝的这一特点，本文采用动接触单元模型，开发研制了修正的中心差分时步积分法，运用静力问题动力计算法，对在建的小湾拱坝系统进行了三维静力非线性数值仿真试验，研究了坝体、坝肩结构非线性特性对坝体的影响。通过本文的数值分析可以得出，高拱坝坝体—坝基系统的结构非线性特性对拱坝梁向应力影响显著，增加了坝体的倒悬效果；同时，数值分析进一步说明，在高水位运行期，小湾拱坝—坝基系统整体稳定。     

大岗山拱坝施工期空库状态下应力仿真分析及评价

根据大岗山拱坝的实际浇筑过程,采用三维非线性有限元仿真计算大岗山拱坝在自重、温度荷载及蓄水压力的不同组合工况下的坝体应力情况,得到坝体应力分布规律,在此基础上着重对比分析了坝踵、坝趾在不同荷载作用下的应力.计算结果表明,由于大岗山拱坝在完建时处于空库状态,受坝体体型影响,坝体重心位置略偏向上游侧,使得坝底上游侧受压而下游侧受拉,但其应力大小距蓄水后的应力水平及最大拉应力控制标准均有一定的富余度,不会对坝体及坝踵、坝趾产生不利影响.     

采用球面键槽的高拱坝横缝开度仿真分析

采用三维有限厚度带球面键槽接缝单元模拟拱坝横缝,推导了球面键槽的接触物理方程,探讨了球面键槽的最优中心角.在三维瞬态温度场仿真计算结果的基础上,利用三维瞬态非线性有限元方法对小湾拱坝横缝开度进行了全过程仿真分析.计算中考虑了坝体材料的热力学性能、浇筑过程、环境温度变化、封拱和蓄水过程以及接缝在灌浆前后的不同力学性质等因素.计算结果表明,小湾拱坝大部分灌区横缝开度满足灌浆要求,灌浆后蓄水对横缝有压紧作用,不存在二次灌浆问题.     

人工神经网络和可靠度理论用于拱坝坝踵开裂风险的研究

借用部分同级别坝高、高宽比接近拱坝的相关数据,利用人工神经网络建立的拱坝坝踵应力和上游水位之间的函数关系σ=f(H),计算出坝踵应力的均值、标准差.根据可靠度理论分析选取上游水位和坝踵应力为随机变量和根据最大拉应力破坏准则建立坝踵混凝土开裂的功能函数.最后,利用蒙特卡罗法进行坝踵破坏(失效)概率计算,得出拱坝坝踵的破坏(失效)概率.在拱坝可行性设计论证阶段,借用部分同级别坝高、高宽比接近拱坝的相关数据,根据拟建拱坝的上游设计水位可以初步估算坝踵区的拉应力值,采用此方法论证拱坝坝踵开裂失效概率是可行的.     

复杂岩基上高拱坝坝基坝肩浅层卸荷影响与稳定性研究

采用3维地质力学模型综合法试验以及非线性有限元计算,对考虑浅层卸荷影响的小湾拱坝与地基整体稳定问题进行研究。试验中,用不同尺寸、不同力学参数的微小菱形块体对开挖出现的浅层松弛卸荷岩体进行重点模拟,同时还模拟了坝基坝肩主要的地质构造和加固方案,对主要的断层采用变温相似材料模拟,以便进行降强试验;有限元计算采用与模型试验一致的力学参数以及降强、超载步骤,对坝基浅层卸荷带用加密单元进行模拟。通过模型试验及计算分析得出,受坝基浅层卸荷的影响,在超载过程中坝踵和坝趾附近岩体首先出现开裂（对应模型试验）或产生塑性区（对应计算）,最终上游坝踵附近裂缝或塑性区贯通,说明坝基浅层卸荷对坝与地基稳定性有一定影响,为保证运行后工程安全,建议对中下部高程坝基采取固结灌浆等加固措施。     

重力坝三维有限元分析

以三维有限元法为基础,对故县水库重力坝坝体及基础进行结构分析,计算坝体在5种工况下的应力、位移,并对计算结果进行详细分析.指出坝体应力在几种工况下绝大部分处于受压状态,坝踵区出现了应力集中现象;在温度荷载的作用下,坝体发生了较大的变形,温升时坝踵处产生较大的压应力,温降时产生拉应力.由于横缝作用,拉应力值不大;在地震动力荷载作用下,坝体最大动位移出现在坝顶上游侧,在坝踵和坝趾处均出现应力集中.这些结论供同类型的重力坝设计和复核作参考.     

碾压混凝土拱坝诱导缝的非线性断裂研究

本文在总结国内外碾压混凝土拱坝诱导缝设置情况的基础上，提出了一种新的诱导缝形式，并结合这种诱导缝形式，利用等效断裂非线性分析方法研究了诱导缝结构分析模型，得到了一些参数对诱导缝典型结构开裂影响规律。最后，对碾压混凝土拱坝诱导缝的设置及其控制作用进行了计算分析研究，得到了一些有意义的结论和结果。以上的计算工作都是采用自编的基于非线性断裂力学中钝裂纹带模型和三线型拉应变软化曲线的结构分析程序ＲＣＣＳＡＰ进行的。     

薄层接缝单元及其在拱坝接缝模拟中的应用

在拱坝等结构的非整体性分析中,横缝、诱导缝等接缝对大坝变形及应力状态影响较大,坝体接缝的模拟是计算分析的关键。为对坝体接缝力学行为进行较为合理的模拟,提出法向和切向本构关系均采用双曲线模型的薄层接缝单元,算例验证表明这种薄层接缝单元可以较好地模拟在循环荷载作用下接触面拉压交替的现象。对接触接缝单元的刚度系数、摩擦系数和单元厚度等因素进行了敏感性分析,并阐述了采用这种薄层接缝单元模拟拱坝横缝和诱导缝的方法。将薄层接缝单元用于模拟某实际碾压混凝土拱坝工程中的接缝,计算结果表明横缝和诱导缝对其附近区域坝体拉应力有较大的削弱作用,同时这种薄层接缝单元也可为其它类似接缝模拟计算提供参考。     

小湾水电站坝区渗流场与应力场耦合分析

采用岩体渗流场与应力场耦合分析的多重裂隙网络模型,对小湾水电站坝区建坝蓄水后的渗流场与应力场进行了三维有限元分析与计算。计算结果可知,建坝蓄水使坝区渗流场的补给关系发生变化,且使大坝附近的坝基岩体竖向有效应力增大,也使坝肩岩体的拉应力增大。     

小湾拱坝应力监测资料分析

小湾水电站以发电为主,兼顾防洪、灌溉和库区水运等.坝址处河谷基本对称,河谷深切呈"V"字型.为深入研究小湾拱坝坝体的动、静工作性态,对小湾拱坝坝体进行应力监测;根据应力监测资料进行徐变应力计算,得到实际应力,然后利用作图、特征值统计等定性时空分析方法推断出大坝应力无明显异常;通过分析统计结果以及压应力变量分离模型得到了应力的统计模型.     

提高岩基混凝土重力坝沿坝底抗滑稳定性的工程措施

本文以坝底最不利点未达到屈服状态作为稳定准则,并采用了真实弹性抗剪强度这一新概念,研究讨论了在弹性工作状态下,混凝土重力坝坝底应力分布和抗滑稳定性,提出了改善坝底应力分布和提高其抗滑稳定性的工程措施。并证明了设置托承和在坝踵处设置人工缝对减小坝踵区附近的拉应力有更显著的效果。     

小湾导流中孔闸墩开裂成因及工作性态分析

针对小湾拱坝在施工过程中导流中孔闸墩会产生裂缝问题,建立了一套基于弹粘塑性势理论的数值分析系统,对其开裂的原因及工作性态进行了计算分析.结果表明:开裂原因并非单一因素所致,而是温控措施、锚索张拉及蓄水的累计作用,其中温控措施产生的拉应力为最主要原因;导流中孔若继续参与导流工作,裂缝充水时,其尖端的应力强度因子将超过混凝土的断裂韧度,在水力劈裂作用下裂缝将继续扩展.该研究成果不仅为制定小湾拱坝导流方案提供了依据,对类似工程也具有一定的借鉴和参考价值.     

小湾拱坝施工过程温度场仿真分析

在ANSYS平台上进行二次开发,建立了一套快速、高效、自动化程度较高的仿真反馈分析系统用于模拟拱坝施工过程温度场.在小湾拱坝施工过程温度场仿真计算中,各测点温度计算值随时间变化的规律与监测值基本一致,吻合情况较好,总体上相差2～3℃以内,计算结果揭示了坝体内部的温度变化规律.研究成果表明:1)1077m高程以下坝体采用的二期冷却方案A使得坝体中出现较大的温度梯度,产生较大的径向拉应力;2)1096m高程以上采用的二期冷却方案B能很好地改善方案A中的不足,较好地控制温度应力,防止拱坝开裂.     

自生体积变形对高拱坝温度应力的影响研究

自生体积变形是评价混凝土抗裂性能的一个重要参数.在温度场仿真的基础上对小湾高拱坝混凝土自生体积变形进行温度应力敏感性分析,对自生体积变形进行假定时,考虑混凝土为收缩型和膨胀型.计算结果表明,早期膨胀、早期收缩型混凝土只对坝体早期温度应力影响较大,对坝中心温度应力最大值影响不大;膨胀期越长,坝中心温度应力最大值越小,最终残余温度应力越小,对坝体混凝土的抗裂性有利.