锦屏一级拱坝黏弹性工作性态反演分析

针对锦屏一级拱坝历年1 880 m高水位稳定期坝体向下游侧位移持续增大的异常变形性态,基于现场位移监测数据和坝体混凝土徐变试验数据,对该拱坝当前运行性态进行了反演分析。结果表明:坝体目前处于黏弹性工作状态,监测发现的短期趋势性变形是由水压荷载作用下黏弹性滞后变形效应和年周期环境温降效应所共同引起。混凝土黏弹性力学参数之间具有较好的线性关系,基于弹性水压分量反演得到的坝体混凝土弹性模量实际是瞬时弹性模量与延迟弹性模量的等效值,对于锦屏一级拱坝,该反演值为35.5 GPa,与前期反演值和试验值较为接近;而基于黏弹性水压分量反演得到的广义Kelvin模型中瞬时弹性模量、2延迟弹性模量和2黏滞系数分别为47.3 GPa、189.4 GPa、132.3 GPa、383.8 GPa·d和20 574.6 GPa·d。建议今后对锦屏一级拱坝建立变形监控模型时,应在HST模型中引入黏弹性滞后水压分量。     

特高拱坝体形适应性分析研究

以西北地区某240 m特高拱坝为例,采用拱梁分载法,选择对拱坝体形设计影响较大且具有一定不确定性的参数,即地基综合变形模量、坝体混凝土弹性模量和线膨胀系数等进行敏感性分析,研究拱坝体形设计的合理性和适应性。经体形优化设计调整,对得到的拱坝体形进行关键参数的敏感性分析计算。由计算成果可知,当地基综合变形模量、坝体混凝土弹性模量和线膨胀系数在一定范围内浮动时,坝体应力、位移均满足设计要求,说明拱坝体形适应性较好。此研究方法将影响拱坝设计的不确定因素提前考虑,既可以减轻后续设计阶段体形优化调整的工作量,又可以保证拱坝建成后保持良好的工作状态,对类似工程设计具有重要的参考意义。     

有限元应力确定性模型在里石门拱坝中的应用

鉴于里石门拱坝的应变计监测数据误差较大,无法建立合理的应力统计模型。通过有限元分析,基于水平位移统计模型分离出来的水压分量位移,反演出大坝溢流坝段和非溢流坝段的弹性模量,并根据反演后的弹性模量计算不同水位和温度下的坝体变形及应力,建立大坝的应力确定性模型,取得了较好的成果。     

整体浇筑堆石混凝土拱坝拱梁分载法分析研究

贵州省遵义市地处气候温和地区,为了充分发挥堆石混凝土拱坝的优势,在取消振捣/碾压和冷却水管温控措施的基础上,简化坝体构造与施工、加快施工进度,在保障工程建设质量和安全的前提下,提出了不分横缝,整体浇筑的堆石混凝土拱坝。本文针对绿塘、龙洞湾、沙千和风光4座整体浇筑堆石混凝土拱坝,采用拱梁分载法进行应力分析,对拱圈封拱温度的选取,自重荷载处理方式,坝体与地基材料参数对拱坝应力的影响等开展研究,对4座拱坝的安全性进行论证,建议了辅助温控措施,并提出了整体浇筑堆石混凝土拱坝拱梁分载法应力复核方法及其控制标准：应根据拱坝实际浇筑温度估算拱坝每个拱圈的计算封拱温度,参照混凝土拱坝设计对坝体与地基材料参数进行取值,采用拱梁分载法进行拱坝应力复核,相应的允许应力标准初步可按照1.5～2.0 MPa控制。本文提出的分析方法除可以应用于整体浇筑堆石混凝土拱坝以外,对整体浇筑的碾压混凝土拱坝和砌石拱坝也有重要参考价值。     

基于向量和矩阵运算的拱坝多拱梁法应力计算研究

拱梁分载法有着百余年的发展历史,目前仍是拱坝应力分析的基本方法。当代工程中多采用五向全调整多拱梁法分析拱坝应力,合理划分水平拱圈和竖向曲梁,按照拱、梁的节点位移相等的原则通过试算等方法确定拱、梁的分载,进而得到坝体应力。采用向量的形式来表述多拱梁法的荷载、内力和位移,通过矩阵分析手段来组织拱、梁分载运算,数学概念简洁、清晰,可方便地在面向对象的程序设计语言或数学软件平台上实现。     

多拱梁法计算拱坝位移和应力的若干问题

对我国已建的10座拱坝，用多拱梁分载位移法进行了计算和分析，讲座了位移调整向数、拱圈层数以及地基弹性模量对拱坝位移和应力计算的影响，并提出了一些建议。     

拱坝梯形剖面梁的经向变位分析

中小型拱坝常采用拱梁分载法进行坝体应力分析,笔者曾导出薄拱坝梯形剖梁的径向变位数学分析式。对于厚拱坝,计算拱、梁的变位时,除弯矩外还必须计入剪力作用。为此,笔者导出了梯形剖面梁在弯矩、剪力共同作用下的变位计算公式,利用文献中已有的单位变位系数表,可以方便地应用于具有梯形剖面梁的任何厚度拱坝的拱梁分载计算。1 拱坝梯形剖面梁的径向变位公式     

高拱坝建基面岩体及坝体混凝土参数的合理选用研究

拱坝体形优化设计是一个重要课题,现在普遍的做法是采用拱梁分载法,主要参数包括建基面岩体和坝体混凝土的力学、热学参数,其取值准确性与拱坝体形设计合理性直接相关。以严寒地区某167.5 m高拱坝为例,提出采用敏感性分析方法,对建基面岩体和坝体混凝土的主要参数选用的合理性进行研究,保证拱坝体形设计的合理性。     

大岗山混凝土双曲拱坝体形设计

大岗山拱坝抗震设防等级较高,给大坝体形设计增加了难度。拱坝体形设计遵循"按静力设计,留有余地,同时兼顾动力"的设计思想。介绍了拱坝建基面和体形断面的确定和选取过程。采用拱梁分载法,对坝体位移、应力进行了静力分析。计算表明,几种组合工况下,坝体应力、位移分布较为对称,拱坝坝基面基本处于受压状态,只在拱座局部产生拉应力,应力状态良好。     

混凝土拱坝设计应力控制标准的研究

现行混凝土拱坝设计规范中存在一些不尽合理的条文规定,如应力控制标准中安全系数值与建筑物的级别无关,坝体应力分析方法只规定了用拱梁分载法.根据国内一些工程实例的应力成果分析和有限元法应用经验,提出了拱梁分载法分析所得的压应力应采用的安全系数值,并且建议有限元法应作为拱坝应力分析的主要方法,也应纳入设计规范,同时提出了其相应的应力控制标准.     

薄拱坝梯形悬臂梁的径向变位分析

中、小型拱坝为力求体形简单,施工方便,拱坝悬臂梁的剖面常采用梯形,如四川的长沙坝、湖南的半江坝、广西的白云坝、陕西的龙潭坝等。此类拱坝的应力分析多采用拱梁分载法或简化为拱冠梁分载法。笔者在设计实践中导出了梯形剖面悬臂梁的径向变化数学分析式,并分析了已有的数学分析法中的问题。按本文所得的梁的变位式,用拱冠梁分载法设计拱坝时,拱坝坝体中的拉应力较小,坝体工程量可节约10%左右。     

温度及水位变化对砌石拱坝应力位移影响分析

荷载作用条件下拱坝受力计算及应力位移分析是其结构设计的重要依据。基于双曲拱坝抵抗荷载作用形式主要有拱作用与梁作用,该文以乌溪水库砌石拱坝为例,采用内置拱梁分载计算理论的ADAO程序探究温度升降及库水位变化对砌石拱坝超静定结构应力、坝身径向及切向位移的影响。数据分析结果表明,死水位与校核洪水位时坝体大小主应力存在显著差异。与设计正常温降相比,设计正常温升对拱坝上游面小主应力影响不显著,增大了下游面中下部小主应力,降低了上下游面拱冠大主应力。砌石拱坝顶拱位移较其余部位显著,向下游位移显著大于上游,切向位移左右侧近似相同。坝体下部靠近基岩位置拉压应力显著大于中心侧。与变形相比,各工况下拱坝应力变化幅度更大,建议采用拱梁分载计算理论分析坝体荷载效应时,应更多关注其应力变化及分布。     

大岗山拱坝整体有限元三维仿真

利用三维有限元仿真,模拟大岗山拱坝基础的各项加固处理措施,计算基础处理前后坝体的位移和应力,分析了坝体位移和应力的分布规律和基础处理效果;并将有限元仿真和传统的拱梁分载法计算结果进行了对比分析,论证了结论的合理性。     

基于位移场混合模型的棉花滩大坝弹性模量反演分析

根据坝体及坝基的变形特性,对位移水压分量进行分离,建立大坝多测点位移场的混合模型,反演得到坝体及坝基的综合弹性模量,并根据此反演结果,利用结构分析法拟定坝顶水平位移的监控指标。以棉花滩大坝为例进行计算,采用结构分析法的拟定结果与采用实测资料小概率法的拟定结果非常接近,说明反演分析结果反映了工程实际情况。     

隔河岩大坝混凝土弹性模量反演分析

本文基于隔河岩工程原型位移监测资料,对大坝混凝土弹性模量进行反演,首先对原型位移监测资料采用逐步回归得出大坝位移统计模型,并分离出水压位移分量,再利用有限元结构分析软件ANSYS获得理论水压分量,通过反演从而求出大坝混凝土的平均弹性模量.结果表明,此法获得的弹性模量接近真实情况,为评价大坝安全性态提供了可靠的依据.     

基于改进粒子群优化算法的施工期拱坝结构性态反演分析

针对施工期拱坝坝体变形的特点,建立了施工期拱坝坝体变形特殊安全监控模型,对坝体变形中的水压分量进行提取。采用改进的粒子群优化算法对拱坝反问题最优控制解模型进行优化计算,以此完成施工期拱坝结构性态的反演分析。以某拱坝为例,对该拱坝施工期的结构性态进行反演分析。结果表明,坝体变形反演的相对误差均在2%以内,由此验证了所提出方法的可行性。     

V形河谷混凝土拱坝应力计算分析

本文以石膏山仁义河V形河谷混凝土拱坝为例,采用拱梁分载四向调整法和三维有限元法对初拟拱坝坝形分别进行应力计算及稳定分析,并进行了坝体抗滑稳定计算分析,根据计算结果优化了拱坝体形,提出了拱坝坝体封拱灌浆的分区及相应的封拱温度,对工程设计及施工具有一定的指导作用。     

非线性拱梁分载法

提出了弹塑性拱梁分载法,它可以对拱坝承载能力(包括超载系数和坝体强度储备系数)进行计算,还可以模拟拱坝的破坏过程。根据提出的数学—力学模型,编制了相应的计算程序,并应用于李家峡拱坝和白云江周边缝拱坝的应力分析。     

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。     

混凝土拱坝多测点确定性位移监控模型研究

在建立混凝土拱坝位移监控模型时,温度位移分量的确定一直是建模的重点和难点。本文提出以气温和水温确定大坝温度边界采用有限元数值分析方法分别确定混凝土拱坝位移的水压分量和温度分量,并在此基础上建立了混凝土拱坝位移的一维多测点确定性模型,所建立起来的位移确定性模型有较好的精度和外延性,可以实现对水压、温度及时效等位移分量的分离。最后,以清江隔河岩重力拱坝为例,建立了一维多测点确定性位移监控模型,并与实际观测数据进行了对比,结果表明效果较好。