重力坝高压水劈裂模拟方法与特高重力坝设计准则初步探讨

本文提出了全级配混凝土试件单轴拉、压应力作用下高压水劈裂模拟试验新方法,并运用断裂力学对试验结果进行了分析和参数校核,推导了判定重力坝坝踵是否会发生水力劈裂的分析公式。基于试验、计算分析和国内外高重力坝比较研究,初步给出了评估特高混凝土重力坝是否可能发生高压水劈裂的断裂力学条件,经比较可初步用于评判重力坝抗高压水劈裂能力。基于工程比较研究,提出了200m以上特高重力坝,设计准则中需要考虑高压水劈裂的影响。当前国内外采用的重力坝设计准则,对特高重力坝,尤其是碾压混凝土重力坝,都有可能出现偏于不安全的情况。     

特高重力坝考虑高压水劈裂影响的初步研究

本文设计了混凝土试件高压水劈裂模拟试验,可近似模拟无拉、压应力作用下混凝土结构的水力劈裂问题。用试验结果和断裂力学分析校正了有限元分析程序。通过对比分析和有限元计算,研究了大狄克逊重力坝(坝高285m)和假定的坝高216.5m重力坝考虑高压水劈裂的安全问题,结果表明,200m以上的特高重力坝除按无拉应力和抗滑稳定准则设计外,还应考虑高压水的劈裂影响。     

考虑高压水劈裂的高重力坝安全性试验研究

高压水劈裂是高水压驱动裂缝扩展的一种现象,常是影响涉水工程安全的一大因素。由于高坝需抵挡巨大水头,且混凝土坝具有\"无坝不裂\"的特性,高压水劈裂也逐渐成为高混凝土坝安全研究的重要内容。为了评价高压水劈裂对混凝土重力坝的影响,本文针对重力坝上游面水平裂缝设计了高压水劈裂试验,并参照重力坝可能承受的工况进行了系列试验,讨论了混凝土强度和应力状态对高压水劈裂的影响。根据试验结果,对有限元模型进行了校核,并用此模型计算了3种不同准则设计的重力坝在高压水劈裂方面的差异。分析表明,目前准则在设计200 m以上重力坝时可能存在高压水劈裂风险,且不同国家的准则对高压水劈裂影响较大,具体优化方案还需对坝体的应力指标进行深入研究。     

考虑水力劈裂效应的重力坝坝踵裂缝稳定分析

混凝土重力坝坝踵开裂是重力坝常见的现象,由于高坝缝内存在较高的扬压力,水压的劈裂作用有可能驱使裂缝进一步扩展,严重影响坝体的安全性。基于大型有限元分析软件,建立重力坝数值分析模型,人为在坝踵附近设置不同深度的裂缝,分析不同位置、不同裂缝深度、不同缝内水压分布作用下裂缝的稳定性,以分析水力劈裂效应。研究结果表明,坝踵附近裂缝多处于压剪复合断裂模式,但在缝内高水压作用下,有可能变为拉剪复合断裂,也极易失稳扩展;随着裂缝长度的增加,水力劈裂效应愈加显著。     

水力劈裂下的某重力坝坝踵裂缝扩展分析

在混凝土重力坝的施工及运行过程中,坝踵由于位置特殊而容易出现裂缝,并且裂缝的扩展成为影响重力坝稳定性的重要因素之一.本文以新疆小山口重力坝为例利用ANSYS有限元软件对其进行水力劈裂作用下裂缝扩展的模拟,分别建立不同坝踵初始裂缝长度、不同缝面水压力分布形式、不同坝体与基岩弹性模量比值三种方案,探讨不同条件对裂缝应力强度...     

重力坝水力劈裂分析的扩展有限元法

水力劈裂是高坝在高水压作用下发生破坏的主要诱因之一,针对常规有限元法分析水力劈裂问题存在的缺点,研究了采用新兴的扩展有限元法（XFEM）进行重力坝水力劈裂数值模拟的方法。通过建立考虑裂纹面水压力作用问题的虚功原理,推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的有限元列式;给出了反映裂纹面不连续性的不连续函数数值积分方法、开裂判断准则、应力强度因子的积分方法以及裂纹面扩展过程模拟方法,从而给出了模拟裂纹面有分布水压力载荷作用的水力劈裂问题扩展有限元实现方法。最后通过向家坝重力坝坝踵水力劈裂数值分析,展示了该方法的可行性和优越性。算例表明应用扩展有限元法进行水力劈裂分析可克服常规有限元法的缺点,不需要裂纹面与有限元网格一致,不需要在裂缝周围布置高密度网格,模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,极大地简化了前处理工作。     

重力坝水力劈裂分析的扩展有限元法

水力劈裂是高坝在高水压作用下发生破坏的主要诱因之一。针对常规有限元法分析水力劈裂问题存在的缺点,研究了采用新兴的扩展有限元法（XFEM）进行重力坝水力劈裂数值模拟的方法。通过建立考虑裂纹面水压力作用问题的虚功原理,推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的有限元列式;给出了反映裂纹面不连续性的不连续函数数值积分方法、开裂判断准则、应力强度因子的积分方法以及裂纹面扩展过程模拟方法,从而给出了模拟裂纹面有分布水压力载荷作用的水力劈裂问题扩展有限元实现方法。最后通过向家坝重力坝坝踵水力劈裂数值分析,展示了该方法的可行性和优越性。算例表明应用扩展有限元法进行水力劈裂分析可克服常规有限元法的缺点,不需要裂纹面与有限元网格一致,不需要在裂缝周围布置高密度网格,模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,极大地简化了前处理工作。     

高碾压混凝土重力坝设计方法研究

针对高碾压混凝土重力坝的特点,结合龙滩水电工程的实际条件,对坝体应力计算方法和承载能力,施工期温度应力分析方法和温控防裂措施,以及大坝连接施工技术等问题进行了研究。研究工作以江垭和涌溪三级电站碾压混凝土重力坝施工现场作为试验论证场地,采用现场,室内试验研究与分析计算相结合的方法,考虑新理论的运用,计算分析新方法的提出,设计参数取值标准的选择,以及有关判别准则的拟定第一系列设计环节之间的协调和配套,建立适合我国高碾压混凝土重力坝特点的设计方法。研究成果已在龙滩工程设计和相关工程的建设中应用,并取得直接的经济效益。     

重力坝坝踵裂缝水力劈裂耦合分析

大坝运行期间,重力坝坝踵裂缝在较高水头作用下易发生水力劈裂破坏。建立扩展有限元法框架下重力坝坝踵裂缝水力劈裂耦合数值模型,并采用扩展有限元法模拟水力劈裂耦合作用下重力坝坝踵裂缝扩展过程。计算结果表明:重力坝坝踵初始裂缝逐渐向坝基底部扩展,且裂缝扩展方向朝向下游;无水力劈裂作用下的裂缝开裂角大于水力劈裂作用下的,无水力劈裂耦合作用下的裂缝开裂角小于水力劈裂耦合作用下的;重力坝坝踵裂缝扩展前,裂缝内水压力基本与边界水压力相同,当裂缝开始扩展时,裂缝内水压力会降低,而后裂缝张开宽度不断增大,裂缝内水压力又会变成边界全水头;裂缝水力劈裂导致裂尖Ⅰ型应力强度因子增大,降低了重力坝裂缝的稳定性。研究结果可为重力坝坝踵裂缝水力劈裂防治提供理论依据。