高拱坝破坏分析研究综述

综述了混凝土拱坝破坏过程中的研究进展,评述了各种研究方法和模型的优点与不足,同时给出了未来拱坝破坏分析重点研究的方向。     

施工过程对小湾高拱坝运行期应力状态的影响

采用三维有限元方法对小湾高拱坝多种工况下的坝体应力变形进行了仿真计算,计算中考虑了封拱灌浆过程及水库分期蓄水过程对坝体应力的影响。计算结果表明,施工过程对坝体运行期应力有显著影响,给出了仿真计算荷载步数目,为类似工程的拱坝应力分析提供了参考依据。     

白鹤滩水电站高拱坝施工进度仿真与优化

针对白鹤滩水电站仓面多、节点目标工期紧、进度控制难度大的问题,通过研发白鹤滩水电站高拱坝施工进度仿真系统,提出高拱坝施工进度分析控制方法,根据实时边界条件对大坝施工进度进行动态仿真分析与方案优化,实现了对后续施工方案的实时调整,为保障年度目标与节点目标的实现提供了技术保障.     

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。     

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。     

高拱坝泄水底孔三维有限元分析

结合工程实例建立了拱坝的整体有限元模型,基于ANSYS的子模型法对泄水底孔进行了三维有限元分析,研究了孔口的应力分布规律及悬臂对孔口应力的影响。研究表明,采用子模型法不仅大大降低了网格剖分的难度,而且减少了计算分析时间;悬臂结构对悬臂与坝体交接处孔口侧壁应力影响较大。     

高拱坝泄水底孔三维有限元分析

结合工程实例建立了拱坝的整体有限元模型，基于ANSYS子模型法对泄水底孔进行了三维有限元分析，研究了孔口的应力分布规律及悬臂对孔口应力的影响。研究表明，采用子模型法不仅大大降低了网格剖分的难度，而且减少了计算分析时间；悬臂结构对悬臂与坝体交接处孔口侧壁应力影响较大。     

溪洛渡拱坝应力应变计算及施工期应力统计模型

针对溪洛渡拱坝埋设的差阻式应变计组的组合特点,推导了应变计组不同埋设方式的单轴应变计算公式,采用变形法将单轴应变转换为单轴应力,并计算出主应力,由此建立应力统计模型,时效分量采用3个指数函数累加来表示。实例应用结果表明,该统计模型拟合精度较高,可用于解决溪洛渡拱坝应力应变资料的预处理问题。     

高拱坝施工期温控参数敏感性分析

在混凝土高拱坝浇筑过程中,影响坝体施工期温度场及温度应力的因素有很多,因此选用适当的浇筑方案对于节约工程成本及提高坝体安全性有着重要意义。以孟底沟水电站工程为例,选用多种施工方案,并利用三维有限元方法进行仿真分析,分析了浇筑季节、浇筑层厚、间歇时间及浇筑温度等因素对坝体施工期的敏感性。结果表明,低温季节浇筑、在防止热量倒灌的前提下尽量减小浇筑层厚度、缩短间歇时间、降低浇筑温度有助于降低温度应力,提高坝体安全性。     

锦屏一级高拱坝温度场和应力场仿真分析

为了高拱坝的安全施工和运行采用有限元法模拟了锦屏一级工程混凝土拱坝的整体施工过程和30 a运行过程,结果揭示了300 m级高拱坝的温度历时变化过程、坝体准稳定温度场及应力场分布规律,对设计和施工具有重要的参考价值。     

基于弹性有限元的高拱坝安全度敏感性分析

以溪洛渡高拱坝为例,针对弹性有限元评价高拱坝安全度存在的问题,以基本荷载组合作为基本研究工况,考虑整体自重、分缝自重及施工浇筑过程自重三种自重荷载作用方式,研究可能的水荷载与温度荷载变化、地质条件变化及大坝材料的抗力变化,分析变化量对大坝安全度的敏感性。计算结果表明,对温降工况,影响建基面相对受拉面积的因素从大到小依次为水荷载、混凝土弹模、地基弹模、自重作用方式、温度荷载。     

梯形拱坝渐进破坏过程及极限承载能力研究

鉴于拱坝的破坏过程和极限承载能力是工程安全度的重要参考依据,以位于梯形河谷中的乌巢拱坝为例,基于Drucker-Prager屈服准则,利用强度折减法和超载法对乌巢拱坝进行了弹塑性有限元计算,并联合采用计算收敛、位移突变、塑性区贯通等安全判据,分析了在坝肩断层的影响下乌巢梯形拱坝的渐进破坏过程和极限承载能力。结果表明,对于不同的研究方法,乌巢梯形拱坝塑性区的发育规律有较大差异,但坝体的最终破坏模式相同;坝肩断层使右拱端应力和位移明显增大,对塑性区的空间发展起到限制作用。     

应变能理论在转子刚度计算中的应用

介绍了将应变能引入转子刚度计算,并通过有限元技术计算每一轴段的应变能,从而计算出转子刚度的一种方法.     

高拱坝无碰撞泄洪表孔水舌纵向拉伸方法试验研究

为实现峡谷中高拱坝表、中(深)孔无碰撞消能,需在坝身孔口布置中引入收缩式消能工,但表孔水头低,出口流速低,单一措施很难实现水舌纵向拉伸。对此,采用1∶50整体水工模型试验,通过设置三种表孔出口体型,研究了某高拱坝表孔水舌纵向拉伸方法。结果表明,除宽尾墩外,楔形体应用于高拱坝表孔也可实现水舌纵向拉伸;调整表孔底板坡度可为水舌纵向拉伸创造条件,对表孔底板出口进行一定尺寸透空可进一步纵向拉伸并稳定水舌;随着水舌纵向入水长度的增加,流量分布更均匀,水垫塘底板冲击压强峰值亦随之减小。     

基于粒子群-高斯过程回归的高拱坝变形预测模型及其应用

针对高拱坝变形问题,提出应用粒子群算法优化高斯过程回归参数的高拱坝变形预测模型,基于高斯过程回归可将低维非线性关系通过核函数投射到高维线性空间的特点,利用高斯过程回归模型来表征水压、温度、时效等因素与坝体变形之间的非线性关系;同时针对迭代求解高斯过程回归模型的超参数效率低的问题,采用粒子群优化算法全局搜索模型超参数,提高了求解效率。对某高拱坝径向位移的拟合预测结果表明,粒子群优化高斯过程回归模型能较好地表征输入因子与变形之间的关系,预测坝体变形,误差在工程允许范围内,可应用于坝体变形预测分析中。     

某高拱坝施工期封拱蓄水高度研究

针对某高拱坝施工期提前蓄水问题,采用有限元分析方法,结合ANSYS分析软件建立三维有限元计算模型,通过等效应力法及抗滑稳定相关程序研究拱坝施工期封拱蓄水高度。结果表明,高拱坝在施工期最高蓄水位情况下封拱高度可控制在浇筑高度4/5以上,通过边浇筑边封拱的施工程序,对已浇筑坝体进行部分封拱,能改善静水荷载作用下的坝体应力,进而达到提前蓄水的要求。     

基于断裂力学的高拱坝底缝稳定性分析

采用三维断裂有限元及三维K判据分析了小湾高拱坝底缝扩展的稳定性.结果表明,该缝基本稳定,但中间坝段的底缝深度需作调整,以提高安全度.     

二滩高拱坝坝基灌浆帷幕防渗效果研究

以运行期的二滩拱坝为例,考虑高拱坝坝基存在断层及有自由面排水孔幕情况,利用三维渗流场有限元模拟法、改进排水子结构法和隐式复合材料单元法建立了高拱坝坝基渗流场有限元数值模型,模拟了灌浆帷幕和排水孔幕同时作用时的拱坝实际渗流场,再假设坝基灌浆帷幕失效模拟了该工况下的坝基渗流场,通过比较分析研究了高拱坝坝基灌浆帷幕的防渗效果。结果表明,灌浆帷幕失效后二滩高拱坝坝基渗流场依然可在排水孔幕作用下保持稳定,坝肩部位渗流场稳定性明显降低。     

考虑横缝的天花板高拱坝非线性地震反应分析

基于大型结构分析软件ADINA,建立了考虑横缝的高拱坝非线性动力仿真模型.并以云南省牛栏江天花板碾压混凝土拱坝为例,从横缝的张开变化规律、坝体的应力分布等角度,研究了地震作用下拱坝横缝的非线性动力反应及对大坝抗震安全的影响.结果表明,横缝张开能释放大坝的拱向应力,降低坝体的动力响应,且横缝在地震过程中可能发生往复开合,但张开度均不大,对横缝止水材料不会产生破坏,大坝能承受设计地震考验.     

某水电站工程高拱坝混凝土浇筑垂直运输方案研究

针对西藏高山峡谷地区某水电站拱坝坝体高大、施工场地狭窄导致混凝土浇筑的垂直运输设备选择及布置难度大的问题,为保障大坝浇筑施工,设计了两种混凝土浇筑垂直运输方案,通过对比分析,最终确定了门机与建筑塔机相结合的混凝土垂直运输方案,并探讨了方案的合理性及可行性,可为高拱坝的混凝土浇筑运输提供参考。