苗家坝混凝土面板堆石坝三维应力变形分析

基于邓肯—张E-B模型,考虑坝体填筑施工和蓄水过程,并基于大型有限元软件ADINA平台,将三维子模型法应用于苗家坝面板堆石坝应力变形计算,并与监测资料和类似工程的计算结果作了对比分析。结果表明:子模型法能够大大减少网格数量,提高计算效率,面板及接缝的计算精度也有了提高;坝体最大沉降值约占坝高的1.1%,且沉降在竣工期已经基本完成;水库蓄水后,面板拉应力主要集中在面板与周边山体连接处,且最大拉应力均未超过2 MPa,建议通过增加面板的配筋,铺设粉煤灰或者细沙作为保护层来改善面板应力特性。周边缝变形最大值均未超过20 mm,止水结构不会因周边缝的变形过大而破坏。     

基于子模型法的混凝土面板堆石坝应力变形数值分析

采用非线性有限单元法,并基于邓肯-张(E-B)非线性本构模型,考虑面板堆石坝填筑施工与蓄水过程,利用中点增量法对苗家坝面板堆石坝进行了三维有限元数值仿真分析,得到了坝体施工期和蓄水期坝体的应力变形分布规律,从坝体结构意义上判断,堆石坝体工作是可靠的;同时,为了获得面板及其接缝应力变形更为精确可靠的结果,采用发展的三维子模型方法,而面板与垫层区之间的特殊边界用耦合的薄层单元进行模拟.工程算例的计算结果表明:面板应力和变形规律正常,较大拉应力分布范围局限在铺盖保护区以内,面板竖缝和周边缝变形值不大,面板的安全性是比较有保障的.同时,进一步证明了用耦合的薄层单元模型模拟接触面的子模型法在面板应力变形计算中具有一定的可行性和可靠性.     

深覆盖层对面板堆石坝面板变形和应力的影响

某高混凝土面板堆石坝坝基覆盖层深度达45~100 m.应用非线性有限元方法.建立了不同设计方案的三维有限元模型,并详细模拟了坝体填筑施工过程和蓄水过程,比较了不同设计方案蓄水期面板的变形和应力的分布规律,以及面板缝、周边缝及其他接缝的变形.结果表明,将混凝土面板堆石坝面板附近的覆盖层部分开挖,让趾板直接坐落在基岩上,有利于改善面板的变形和应力,有利于减小面板缝、周边缝及其他接缝的变形.     

混凝土面板堆石坝静力分析

预估坝体的变形分布、面板应力和变形以及周边缝和垂直缝的张开量和压缩量等对于面板堆石坝的设计具有重要意义,它可为坝体堆石材料分区、断面进行优化、施工进度安排、运行性态预测提供理论依据。目前多采用有限单元法进行面板堆石坝的应力应变计算和分析。由于二维有限元计算不能提供周边缝和垂直缝等的变形情况,而这正是面板堆石坝设计中最为关心的难题,因此,本文对于面板堆石坝进行三维有限元计算。所得结果与结论对于面板堆石坝抗震优化设计与分析具有一定的实际参考价值。     

泗南江水电站混凝土面板坝三维有限元分析

泗南江水电站大坝为混凝土面板堆石坝。采用Duncan E-B非线性模型对坝体进行三维有限元应力应变分析,并考虑了混凝土面板与垫层料之间的接触面特性。通过分析,得出竣工期和蓄水期坝体的应力变形,以及蓄水期混凝土面板的应力、变形和面板周边缝及垂直缝的变形。依据计算结果分析评价了混凝土面板堆石坝的应力变形性状。评价结果表明,泗南江水电站混凝土面板坝的设计是合理的。     

花坪河面板堆石坝应力变形分析

采用三维有限元分析方法,利用通用有限元软件ADINA建立花坪河面板堆石坝三维有限元模型,分析了蓄水期坝体及面板各部分应力、位移分布,同时考察了面板接缝之间的变形特性。计算结果表明:坝体全部处于受压状态,下游坝坡附近存在低压应力区;面板中部主要为受压状态,在两岸岸坡附近为受拉状态;面板发生张拉变形的垂直缝主要集中在两岸,周边缝变形全部为张拉变形。     

方溪水库防渗墙厚度敏感性分析

混凝土面板堆石坝防渗墙厚度的确定,是设计人员需要考虑的问题。采用ABAQUS软件,以方溪水库为例,分析不同防渗墙厚度对面板、周边缝及连接缝的影响。计算结果表明,堆石坝体、面板及周边缝应力与变形对防渗墙厚度变化敏感性较低;趾板与连接板接缝、防渗墙与连接板接缝法向变形与防渗墙厚度无直接关系,切向变形与防渗墙厚度呈正相关。     

面板设置永久水平缝对其应力变形的影响分析

水布垭面板堆石坝为世界最高面板堆石坝,受堆石体变形影响,其1期面板顶部产生脱空,出现较多沿坝轴线方向的结构裂缝.为减少2期面板裂缝,在2期面板顶部区域(高程332.0 m)设置一务永久水平缝,这在面板堆石坝工程中尚属首次应用.为研究永久水平缝对面板应力变形的影响,以便评价其设置的合理性,采用三维非线性有限元法和三维子模型法,模拟大坝实际的填筑和蓄退水过程及相应面板的应力变形.结果表明,坝体和面板应力变形结果符合面板堆石坝的一般规律,设置永久水平缝可有效减少2期面板顶部的水平裂缝,设置位置合理.     

Hardfill材料作垫层的面板堆石坝动力分析

面板堆石坝在强震作用下,面板竖缝和周边缝可能产生较大的张拉和剪切变形而导致发生渗漏。Hardfill的材料性质介于混凝土和碾压堆石体之间,用Hardfill材料作垫层能够有效减小混凝土面板及竖缝和周边缝的地震变形。经过三维有限元动力分析,计算结果表明应用Hardfill材料做垫层能够显著减小面板的地震反应和面板接缝的地震变形。     

狭窄河谷深覆盖层地基高面板堆石坝应力变形特性研究

为研究狭窄河谷深覆盖层上高面板堆石坝的应力变形特性,本文基于邓肯-张E-B非线性本构模型,采用中点增量法,结合九甸峡高面板堆石坝工程实例,对其施工期和运行期的应力变形进行了三维有限元仿真分析。结果表明:与一般建基于宽浅河谷及基岩坝基情况的面板堆石坝相比,在狭窄河道深覆盖层地基上建设高面板堆石坝,竣工期和蓄水期的坝体水平位移分布受覆盖层的影响较大,坝体应力分布也呈现出与岩石坝基有所不同的分布特征,面板的应力变形基本均在正常范围内,但蓄水期面板接缝尤其是周边缝位移相对较大,因此建议设计应对接缝止水采取相应的防护措施。     

非连续变形计算力学模型及其在有缝重力坝静力分析中的应用

对于有缝重力坝的静力分析，基于连续介质力学的界面单元-有限元方法难于比较精确地模拟缝间的接触应力，从而无法合理地估算坝体应力与变形。本文简述了作者近年来对于多体系统所发展的非连续变形计算力学模型的基本原理，它能够根据接触界面的本构特性及其力学和运动学两方面约束条件精确地再现受力过程中界面相互作用力的传递与非连续变形状态。进而将这种方法应用于有缝重力坝的静态应力与变形分析。实例数值分析表明该模型的计算结果从定性上讲是合理的，为判断坝体缝隙的工作状态与界面应力提供了可能的途径，从而说明该模型可以作为评价多体相互作用系统的变形和界面接触应力的有力工具。     

全坝外掺MgO混凝土筑坝技术在贵州省拱坝工程中的应用

为促进外掺MgO混凝土的推广应用和深入研究,对贵州省采用全坝外掺MgO混凝土筑坝技术建成1 a以上的8座拱坝的混凝土变形、诱导缝设置与施工等情况进行了总结和分析。分析结果表明:拱坝结构的超静定特性为外掺MgO混凝土在膨胀变化过程中形成预压应力提供了良好的约束环境;按照现行的水泥砂浆压蒸法或一级配混凝土压蒸法确定的MgO掺量制备外掺MgO混凝土,坝体混凝土的实测膨胀量多为50×10~(-6)~150×10~(-6),未完全达到补偿温降收缩所需的设计期望值;设置诱导缝是充分利用外掺MgO混凝土筑坝技术优越性的有效措施;在碾压混凝土中外掺MgO材料,有利于同时发挥碾压混凝土和外掺MgO混凝土快速、经济筑坝的优越性。     

碾压混凝土拱坝分缝防裂设计关键问题研究

在实际工程中,很多碾压混凝土(RCC)拱坝并未张开甚至在未设缝位置出现裂缝,诱导缝实际诱导开裂作用并未达到设计预期,甚至还带来一些附加效应。归结未张开原因,以诱导缝布置不当影响最大。由于RCC拱坝温度应力具有复杂性、多变性、动态性等特点,拱坝防裂设计特别是诱导缝布置方面必须真实反映坝体从施工期到运行期全过程的工作性态。实际工程应用成果表明:RCC拱坝诱导缝及横缝采用带开-闭迭代功能的接触单元模拟,破坏准则采用等效强度理论,基于整坝全过程仿真分析技术开展诱导缝防裂设计,是行之有效的方法;根据仿真结果进行坝体分缝布置、缝面结构型式等研究,可使诱导缝按设计要求张开,起到释放温降引起的拉应力的作用,保证坝体混凝土的施工质量。     

基于子模型法的面板堆石坝三维应力变形分析

基于三维有限元非线性方法,考虑某高面板堆石坝面板分期施工浇筑的特点,建立精细模拟面板特性的子模型,用有厚度的接触面单元模拟坝体与面板的接触面,设置相应的连接单元模拟面板缝的相互作用,分析了该面板堆石坝在施工期和蓄水期坝体和面板的应力变形,并与类似坝高的面板堆石坝的计算或监测结果进行比较。结果表明:在施工期和蓄水期坝体的最大沉降值约为坝高的1%,位于次堆石区;面板应力以压应力为主,拉应力主要集中在面板与周边山体连接处;周边缝的最大错动剪切变形、最大张拉变形及最大沉降剪切变形均未超过30 mm。     

重力坝纵缝非连续接触的数值模拟

本文在六参数（法向刚度、切向刚度、粘聚力、摩擦角、剪胀角和抗拉强度）界面单元的基础上，利用给定初始应力模拟裂隙初始宽度，采用变参数法模拟裂隙闭合与张开状态下的力学行为，从而使改进后的界面单元可以模拟非连续接触问题。利用改进后的界面单元，研究了重力坝纵缝张开宽度及其分布形式、坝体并缝措施和缝面键槽对坝体变形和应力的影响。研究表明．纵缝张开宽度及其分布形式对坝体变形和应力影响显著，并缝措施会引起并缝部位应力集中，键槽可以阻止接缝面产生相对滑移。     

小湾拱坝诱导底缝的三维有限元分析

根据小湾水电站拱坝虚设结构诱导缝的实际工程要求，采用三维有限元和子模型方法分析研究坝踵处的应力、应变和变形特征，分析研究了设缝对拱坝整体结构的影响。研究结果表明，设缝后拱坝整体刚度略有降低，但对拱坝整体安全性影响很小；诱导缝位于拉应力区，可以起到释放拉应力的作用，可改善坝踵应力状态，综合考虑施工因素，设缝是合适的；蓄水后诱导缝处于张开状态，须确保止水可靠，以防水力劈裂；缝端廊道周边存在拉应力，局部己超过混凝土的抗拉强度，应加强配筋以限制裂缝开展；设缝高程处坝体有效截面减小，抗剪能力略有降低，但不致出现剪切破坏。     

白莲河抽水蓄能电站面板堆石坝监测设计与监测资料分析

主要从面板堆石坝坝体内部变形、坝体表面变形、面板钢筋应力、面板混凝土应力应变、面板垂直缝及周边缝接缝变形、坝基渗透压力、绕坝渗流、渗漏量等方面介绍了湖北白莲河抽水蓄能电站上水库面板堆石坝的安全监测设计及安全监测成果。监测资料分析结果表明,目前面板堆石坝沉降和水平位移已趋于稳定,面板应力与变形较小,总渗漏量较小,大坝处于安全工作状态。     

混凝土面板堆石坝垂直缝止水劣化过程量水堰监测分析

为研究混凝土面板堆石坝垂直缝接缝止水劣化引起的渗漏量和渗透坡降的变化规律,以某面板堆石坝为例,采用有限元计算方法,模拟了面板左岸垂直缝、面板中间垂直缝、面板中间垂直缝不同高程分别发生止水劣化过程中的渗流,计算了不同工况下通过面板渗漏量、量水堰渗漏量测值、浸润面分布,分析渗透坡降和量水堰测值的关系。计算结果表明,量水堰测值能够反映出面板垂直缝止水劣化程度及垫层区渗透坡降是否超出允许值;随面板止水劣化,面板中间垂直缝较面板左岸垂直缝引起的渗漏量更大、浸润线上升更为明显;面板中间垂直缝随高程降低,引起的渗漏量增加、浸润线上升更为明显。     

有限厚度带键槽接缝单元及接缝对混凝土坝应力的影响

本文给出了有限厚度的带键槽三维实体接缝单元，它可以较好地反映接缝附近的应力和接触条件。文中分析了接缝的初始间隙问题，分析结果表明，经过灌浆以后，由于浆体收缩而产生的初始间隙是很小的，一般可以忽略。文中还分析了灌浆质量对坝体应力的影响，分析结果表明，只要浆体灌进了接缝，虽然浆体质量差一些，带有键槽的接缝对坝体应力和变形的影响是很小的。本文最后分析了横缝不抗拉对拱坝应力的影响，分析结果表明，这个问题与横缝受拉深度a和横缝间距L的比值a/L有关，a/L越大，横缝不抗拉对坝体应力的影响越大，此外，还与坝体厚度及气候条件有关。