新《混凝土重力坝设计规范》的结构计算探析

《混凝土重力坝设计规范》(DL5108-1999)在结构设计方面作了重大修订,结构设计采用概率极限状态设计原则,以分项系数极限状态设计表达式替代原《混凝土重力坝设计规范》采用定值法的计算原则和方法。分析了两种状态的计算方法(承载能力极限状态计算方法和正常使用极限状态计算方法),对比了新旧规范的差异,为新规范的应用推广和课程改革提供参考和借鉴。     

中国与法国混凝土重力坝建基面抗滑稳定分析规范对比

从设计状况、作用分类、作用组合及极限状态验算、计算公式、分项系数取值等方面,对比分析了中国《混凝土重力坝设计规范》DL 5108-1999和法国《重力坝稳定校核准则》的重力坝建基面抗滑稳定计算方法.根据不同方法计算了重力坝标准剖面及巴基斯坦Karot水电站重力坝3个典型坝段剖面的抗滑稳定安全系数,并以相对安全率评价了不同规范的安全度水平.研究表明:中法规范均采用概率极限状态设计法,设计方法基本一致;中国规范计算的重力坝坝基面抗滑稳定性要比法国规范更保守,安全水准更高.结论可供涉外工程参考.     

基于有限元法的碾压混凝土重力坝整体抗滑稳定分析

重力坝深层抗滑稳定分析是重力坝设计中的重要内容.针对典型的重力坝设计实例,应用刚体极限平衡法和强度储备法对重力坝进行整体抗滑稳定分析,并对重力坝抗滑稳定分析方法、抗剪公式适用性、数值计算方法及其安全控制标准等方面进行讨论.结果表明,用两种分析方法计算的安全系数均能满足《混凝土重力坝设计规范》(SL 319—2005)要求,并且二者较为吻合.采用两种方法分析重力坝的稳定性,可相互补充和验证,为重力坝设计提供更加可靠的参考.     

重力低溢流坝抗滑稳定分析控制情况的选定

在重力坝的抗滑稳定分析中,《混凝土重力坝设计规范》和传统的计算均仅要求作正常蓄水情况或设计洪水情况和校核洪水情况下的坝体抗滑稳定计算。这对非溢流坝和中高溢流坝来讲无疑是正确的。但对溢流坝顶水头较大的重力低溢流坝(未设排水装置)抗滑稳定分析中,上述三种情况可能均不是控制情况,而坝体则必须是在库水位在所有不同水位情况(包括最不利情况)下保持稳定,显然,按《规范》和传统方法来进行计算不足以保证坝体的安全。为此,笔者就如何进行重力低溢流坝抗滑稳定计算作一阐述。     

具有软弱夹层基岩上混凝土重力坝抗滑稳定的刚体平衡法

近来国内外在具有软弱夹层基岩上修建混凝土重力坝的数量日益增多。核算大坝的抗滑稳定安全度是重力坝设计中的首要问题。目前在设计中常用等稳定法(或称等安全系数法)、剩余推力法和被动抗力法校核具有软弱夹层基岩上混凝土重力坝的抗滑稳定。本文根据大坝抗滑稳定超载模型试验,分析了具有软弱夹层基岩上混凝土重力坝滑动和失稳的机理,提出了建议的刚体平衡法。此法既留有余地又不过于保守,并且不仅可以计算设计条件下的抗滑稳定安全系数,而且可以计算出初始滑动时的超载系数和最终失稳时的超载系数,这是其他方法所不能达到的。     

水工混凝土结构设计规范二阶效应设计规定的修订建议

结合我国现行电力行业标准DL/T 5057-2009《水工混凝土结构设计规范》修订工作的需要,对中、美现行混凝土结构设计规范(GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》、DL/T 5057-2009《水工混凝土结构设计规范》和ACI318-19"Building Code Requirements for Structural Concrete")关于偏心受压构件自身挠曲引起的二阶效应(P-δ效应)的设计规定进行了分析和比较;针对中、美规范关于偏心受压构件自身挠曲引起的二阶效应(P-δ效应)的设计规定应用上不够方便的问题,在借鉴中、美现行混凝土结构设计规范相关设计规定先进经验的基础上,提出了水工混凝土结构设计规范修订稿中应用上较为简便的二阶效应(P-δ效应)设计规定的修订建议,可供水工混凝土结构设计规范修订时选用和参考。     

预应力钢-混凝土组合梁桥受弯极限承载能力计算

集中讨论了预应力组合梁桥的极限承载力的设计计算方法,并通过试验验证,给出了具有实际意义的工程按极限状态法设计体外预应力钢-混凝土组合梁的合理简化公式,在目前《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中,只给出了容许应力法设计规范的情况下,具有较强的工程指导意义.     

考虑钢筋混凝土框架整体二阶效应规律的改进η-l_0法

概括了各国设计规范用于钢筋混凝土框架柱二阶弯矩计算的 η- l0 法的发展过程和特色 ,说明了我国《混凝土结构设计规范》(GBJ10 - 89)采用的 η- l0 法的优势和不足。在重点指出框架结构二阶效应基本规律的同时 ,给出了能更准确反映框架结构整体二阶效应特征的使用 η极限曲率表达式的改进 η- l0 法 ,可供修订我国《混凝土结构设计规范》参考。     

中美英钢筋混凝土梁实用设计方法规范的比较

通过对中国《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)、《水工混凝土结构设计规范》(DL/T5057—2009)和英美规范对混凝土构件正截面受弯承载力进行对比研究。从正截面承载力计算方法、截面相对受压区高度进行了全面的对比分析。结果表明,钢筋混凝土梁正截面承载力的计算方法相对比较成熟,但中国规范提出的延性要求不如英美规范严格,且可靠度低于英美规范。     

使用状态下预应力混凝土桥梁应力限值分析

以兰樟田大桥为工程背景,运用ANSYS进行全过程空间仿真精细化数值分析,并与平面杆系软件对比。结果指出,按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》进行持久状况正常使用极限状态下的抗裂验算时,全预应力混凝土在短期效应组合下正截面可允许出现一定的拉应力σst-0.8σpc≤0.1ftk;结合《混凝土结构设计规范》中混凝土二轴强度的拉压区间,当拉力较大时,即使压应力水平不高,也有可能超出强度包络造成混凝土破坏。故按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》进行抗压验算时,对于箱梁底板还应补充满足横向正截面压应力限值条件σ≤0.6ftk。     

两种重力坝极限承载能力判别方法的比较

提出了两种界定重力坝的极限承载能力的方法 ,其一为坝体内的屈服破坏区是否贯通上下游坝面 ,称为屈服区贯通判别法 ;其二从稳定性理论出发 ,利用能量原理给出了重力坝的极限承载能力判别式 ,称为能量法 .运用两种方法对一实际工程算例作了分析对比 ,由能量法所得到的最终极限状态的强度储备系数比由屈服区贯通法所得到的略小     

混凝土重力拱坝极限抗震能力评价方法初探

从基于性能的抗震设防标准及理论出发,坝体某个关键性能破坏便可能影响大坝的正常运行,单一的评价准则已经不能满足对大坝极限抗震能力评估的要求。针对混凝土重力拱坝的结构特点,基于混凝土弥散裂缝模型,利用地震动超载时域分析方法,从收敛性、地震位移响应突变、塑性区贯通、坝体开裂破坏等方面,对国内某重力拱坝极限抗震能力进行了探讨和研究。研究表明,该重力拱坝的极限抗震能力为0.51g,顶拱中部是坝体相对薄弱的高地震响应区。     

Hardfill坝与重力坝结构特性对比分析

摘 要：Hardfill坝是一种介于重力坝与土石坝之间的新坝型,其基本剖面为对称梯形,上游设防渗层,采用一种称为Hardfill的低强度材料通仓碾压填筑。为了解Hardfill坝的结构安全性能,以重力坝作为参照,运用结构模型试验方法,结合有限元数值模拟,对Hardfill坝的应力和变形进行研究,分析其结构方面的特点及优势。研究结果表明：Hardfill坝在各种工况下均有良好的工作性能,坝体以压应力为主,整体应力水平较重力坝低,应力梯度较小,且基本沿剖面中心线呈对称分布,无明显应力集中。在相同超载倍数下,Hardfill坝坝体变位较重力坝小。对比表明,Hardfill坝极限承载能力强,超载系数大,坝体应力分布均匀,是一种高安全性的坝型。     

基于流-固耦合的强度折减法在重力坝抗滑稳定分析中的应用

对传统强度折减法计算流程进行分析,指出了其中存在的不足,即对渗流的考虑不够充分.为弥补此项不足,从H-M耦合机理出发,推导了渗透系数与体积应变之间的函数关系,从而实现了H-M完全耦合.借助ABAQUS软件子程序USDFLD的二次开发,实现了H-M耦合与强度折减法的结合.以一个典型的重力坝双滑面稳定问题为例进行了对比分析,揭示了渗流对于重力坝稳定性的影响不可忽视.最后,对某重力坝单坝段进行了考虑H-M耦合的强度折减计算,得到了该坝段的渐进破坏过程和强度储备系数.     

复杂地基重力坝与胶凝砂砾石坝变形破坏对比分析

胶凝砂砾石坝（CSG坝）是一种新型坝,具有大坝整体应力水平低、施工快速以及节约工程投资等优点。本文采用地质力学模型试验法,对CSG坝与重力坝在复杂地基上的深层抗滑稳定问题以及破坏差异进行分析,CSG坝原型选取守口堡大坝,与武都重力坝19#坝段坝址区复杂地基相结合成一新坝段,从而模拟CSG坝在复杂地基下的运行情况,并通过模型加载试验得到坝体的变形特点及复杂地基中断层和层间错动带的破坏形态。通过CSG坝与武都重力坝19#坝段的模型试验数据以及两者破坏形态对比分析中可以得到：1）在相同的超载倍数下,重力坝坝体较CSG坝坝体变位较大;2）在最终破坏阶段,CSG坝与重力坝坝体均有轻微的扭转,其中重力坝坝体有轻微的顺时针转动,CSG坝坝体有轻微的逆时针转动;3）CSG坝与重力坝所在复杂地基的断层均发生了不同程度的滑移,其中断层10f2、f115发生了较大的相对变位;4）重力坝整体向下游变位较CSG坝明显,挤压破坏情况较为严重;5）模型试验中得到CSG坝安全度为6.4,重力坝安全度为3.0,运用刚体极限平衡分析得到CSG坝安全度为5.9,重力坝安全度为2.5。模型试验结果与理论分析结果得到相互验证,因此,从两者数据结果可得出CSG坝的极限承载能力较重力坝强,超载系数大,安全度较重力坝高,说明CSG坝是一种高安全性的坝型。     

拱坝的极限荷载

本文运用极限分析和数学规划方法,研究拱坝所能承担的极限荷载。坝肩岩体稳定通常被认为是拱坝安全的重要条件。本文所提出的分析计算将结合岩体稳定条件定量算出拱坝的极限荷载和安全系数。不仅考虑坝体极限强度,而且考虑坝肩岩体稳定的极限平衡条件。本文所述方法还有计算简单,短时间就能得出成果的特点。     

基于强度折减法随机裂隙岩体结构稳定性分析

克服裂隙岩体确定性分析方法的局限性,采用有限元强度折减法对节理裂隙随机分布的重力坝安全稳定性进行评价。运用Monte-Carlo方法,生成二维和三维随机节理裂隙网络模型,模型较为真实的还原了节理裂隙的分布情况;针对重力坝只含软弱夹层和同时含软弱夹层和节理裂隙两种情况,采用强度折减法对比分析其塑性区和水平位移变化情况。研究结果表明,含节理裂隙的重力坝坝基内部塑性区较多,且局部破坏严重,坝体的水平位移相对较大。该结果可为裂隙岩体地下工程的安全和稳定性研究提供参考。     

基于流固耦合的重力坝深层抗滑稳定离散元分析

在计算节理和断层时,基于连续介质力学的有限元法和假设岩体为刚性体的刚体极限平衡法有其内在的缺陷,在重力坝深层抗滑稳定的计算中遇到较大的困难,而离散元方法可以解决这些问题.采用离散元强度储备系数法分析了重力坝的深层抗滑稳定,其中考虑了渗流与变形的耦合效应,得到了坝体在降强前后的应力位移规律,给出了抗滑稳定安全系数和最终的破坏滑动模式.通过对关键点部位的应力及位移变化情况的记录,更清楚的了解坝体的变形情况和受力特点,而后将考虑流固耦合与不考虑耦合作用的结果进行了对比,考虑耦合的计算结果较小,其值偏于安全.最后通过与刚体极限平衡等K法计算结果进行了比较,采用流固耦合方法的计算结果与等K法结果比较接近,而其该方法物理概念明确,可以采用其方法计算重力坝深层抗滑稳定问题.     

抗拉强度空间变异性对重力坝地震开裂的影响分析

由于施工质量不均匀和混凝土自身的非均质性,重力坝坝体混凝土强度具有空间变异性,这一特性会对大坝的抗震性能造成影响,而当前的重力坝地震动力分析中很少考虑混凝土强度参数的空间变异性。应用随机场理论构建大坝抗拉强度的空间变异随机场,采用中心点法离散随机场并构建自相关函数得到相关系数矩阵,对相关系数矩阵进行Cholesky分解和线性变换,结合独立标准正态分布样本矩阵生成相关对数正态分布样本矩阵,实现抗拉强度空间变异性的抽样模拟。考虑混凝土抗拉强度的空间变异性,采用混凝土塑性损伤模型对Koyna重力坝进行地震非线性动力分析,基于统计意义研究了坝体裂缝条数、裂缝深度、上游面裂缝分布范围和坝顶位移等动力响应特征。成果分析表明：考虑抗拉强度的空间变异性后,Koyna重力坝动力响应具有明显的离散性,且上游面裂缝条数增加后导致坝顶水平位移整体偏向下游,垂直位移整体上抬,残余位移增大;同时裂缝深度均值较均质材料情况增大,坝体震损程度总体加剧;Koyna重力坝实际观察到的裂缝位于计算得到的裂缝分布范围之内。对抗拉强度变异系数和水平向自相关距离的参数敏感性分析表明,坝体动力响应的均值和变异性随变异系数的增大而增大,但对抗拉强度的水平自相关距离变化不敏感。     

用真实抗剪断强度研究重力坝沿坝基面的失稳破坏过程

采用弹塑性力学有限元法,使用真实抗剪断强度进行屈服判断,对于坝体高度、坝体混凝土与坝基岩体的弹性模量、坝基面的抗剪强度变化的多种情况,重力坝沿坝基面失稳破坏的机理与过程进行了较深入的研究,得出了一些可供今后经济安全设计重力坝和修订规范参考的结论．