碾压混凝土拱坝诱导缝的非线性断裂研究

本文在总结国内外碾压混凝土拱坝诱导缝设置情况的基础上，提出了一种新的诱导缝形式，并结合这种诱导缝形式，利用等效断裂非线性分析方法研究了诱导缝结构分析模型，得到了一些参数对诱导缝典型结构开裂影响规律。最后，对碾压混凝土拱坝诱导缝的设置及其控制作用进行了计算分析研究，得到了一些有意义的结论和结果。以上的计算工作都是采用自编的基于非线性断裂力学中钝裂纹带模型和三线型拉应变软化曲线的结构分析程序ＲＣＣＳＡＰ进行的。     

小湾拱坝诱导缝模拟计算

对小湾拱坝设置底部诱导缝进行了合理模拟,并应用三维有限元方法对设缝前后拱坝的工作性态进行了计算分析.结果表明:设置诱导缝,可改善坝踵附近的应力分布,从而起到保护坝体的作用,且对拱坝的整体稳定安全度影响很小.     

基于断裂力学理论的诱导缝开裂相似试验模拟

为了研究诱导缝在结构模型破坏试验中的开裂相似条件和试验模拟方法,进行了材料的断裂特性实验和力学理论推导。根据结构模型试验的相似性要求和诱导缝的工作原理,原型、模型材料须满足开裂特性和抗剪断强度相似的要求。通过材料的断裂特性试验,获得了考虑尺寸效应的碾压混凝土的断裂韧度值和石膏的断裂韧度与水膏比的关系曲线。在此基础上运用断裂力学理论,分析应力强度因子与断裂韧度之间的关系,推导出诱导缝的开裂特性相似条件和满足开裂条件的诱导缝模型尺寸。试验中选用包裹聚脂薄膜的铜片来模拟诱导缝,按f、c综合效应满足了抗剪断强度相似条件。从而在结构模型试验中实现了诱导缝的开裂相似模拟,并为研究含诱导缝拱坝的开裂和破坏机理提供了依据。     

碾压混凝土断裂特性与诱导缝开裂条件研究

为了研究碾压混凝土的断裂特性和诱导缝的开裂条件,对多组碾压混凝土试件进行3点弯曲梁断裂试验,获得了碾压混凝土的抗拉、抗压强度,断裂韧度和断裂能,以及荷载-加载点挠度曲线、荷载-缝端开度曲线。根据断裂韧度和应力强度因子的关系,建立了结构模型中诱导缝的开裂相似条件。通过3点弯曲梁的非线性开裂计算,由试验测得的荷载-挠度曲线推求出材料的拉应变软化曲线,并将材料的单轴抗拉强度修正为三维状态下的抗拉强度,最终建立了基于虚拟裂缝模型的诱导缝开裂计算条件。试验研究和计算分析所获得的碾压混凝土的开裂特性和开裂条件应用于沙牌碾压混凝土高拱坝的结构模型试验和数值计算中,为研究混凝土高拱坝的开裂和破坏机理提供基本依据。     

考虑地基松弛后的小湾拱坝诱导缝布置分析

针对小湾拱坝出现地基松弛的实际工程条件,应用三维弹粘塑性有限元方法,分别对两种底部诱导缝布置方案进行对比分析计算,研究不同诱导缝布置方案对拱坝结构的影响,以及坝体内诱导缝面上的力学行为,综合评价在原设计方案基础上结构诱导缝沿左右岸各延伸两个坝段后的效果及其利弊.研究结果表明:两种方案的诱导缝设置高程均是合适的;与基本布置方案相比,诱导缝设置范围扩大后,对拱坝的整体影响并不显著,但对低高程局部部位的影响较明显,低高程部位坝基基岩的抗剪能力削弱明显,有可能影响坝基坝肩防渗体系的可靠性.通过综合考虑,建议采用基本诱导缝布置方案.     

碾压混凝土拱坝破坏试验中诱导缝相似模拟研究

以沙牌碾压混凝土拱坝的模型试验为例，运用断裂力学理论，推导出了模型破坏试验中诱导缝模拟的相似条件，得出了在碾压混凝土拱坝破坏试验中，原型与模型拱坝要满足常规结构模型试验的相似关系，同时诱导缝模拟还要满足诱导缝开裂相似条件及诱导缝抗剪断强度相似条件的结论。     

基于施工期温度仿真的小湾高拱坝结构诱导缝设置效果分析

考虑施工期至运行期全过程瞬态温度荷载和水荷载的影响,采用无厚度的接触单元模拟诱导缝的工作性态,分别采用整体模型和子模型对小湾高拱坝坝踵附近诱导缝的设置效果进行了全面、深入分析.从整体仿真计算结果来看,小湾拱坝设上游结构诱导缝后,坝踵应力可以得到较大的改善,且对坝体的整体性影响较小.仿真计算结果为小湾拱坝结构诱导缝设计提供了科学依据.     

高碾压混凝土拱坝结构特性试验研究

本文结合沙牌碾压混凝土拱坝坝体设置三条诱导缝，坝体设置周边应力释放缝，坝体不设缝的三种情况，进行了整体结构模型试验。分析了坝体的应力、变形及破坏特性，为工程的设计和施工提供了参考依据．     

周边缝拱坝拱梁分载法

研究了周边缝拱坝的结构特性，提出了一个合理的计算方法－周边缝拱坝拱梁分载法，并编写了相应的电算程序，通过实例计算分析，进一步揭示了周边缝拱坝的工作机理。     

周边缝拱坝拱梁分载法

研究了周边缝拱坝的结构特性，提出了一个合理的计算方法──周边缝拱坝拱梁分载法，并编写了相应的电算程序，通过实例计算分析，进一步揭示了周边缝拱坝的工作机理．     

高拱坝-坝基系统的三维静力非线性数值分析

高拱坝收缩横缝和坝肩节理岩体的结构非线性特性对坝体应力、变形影响显著，是高拱坝分析中的一个重点和难点问题．针对高拱坝的这一特点，本文采用动接触单元模型，开发研制了修正的中心差分时步积分法，运用静力问题动力计算法，对在建的小湾拱坝系统进行了三维静力非线性数值仿真试验，研究了坝体、坝肩结构非线性特性对坝体的影响。通过本文的数值分析可以得出，高拱坝坝体—坝基系统的结构非线性特性对拱坝梁向应力影响显著，增加了坝体的倒悬效果；同时，数值分析进一步说明，在高水位运行期，小湾拱坝—坝基系统整体稳定。     

基于人工神经网络的沙牌RCC拱坝可靠度分析

为解决拱坝可靠度分析中响应与荷载及参数间难以用显示函数表示的问题，将非线性分析中的人工神经网络方法就用于含诱导缝的高碾压混凝土拱坝的结构可靠度分析。计算得出沙牌拱坝上下游坝面及诱导缝结点的可靠度指标β，进一步完善和补充了“九五”国家科技攻关的内容，为工程设计和施工提供参考依据。     

普定拱坝温度场反馈分析及开裂仿真

利用ANSYS软件及其二次开发技术,对普定碾压混凝土拱坝温度场进行了参数敏感性和仿真反馈分析研究.在此基础上,采用三维有限元法对该拱坝进行了全过程应力仿真计算.结合实测资料和计算结果,重点分析讨论了普定拱坝贯穿裂缝产生的可能原因,并针对碾压混凝土拱坝设计及施工提出了相关建议.以上研究提供了一种碾压混凝土拱坝温度场反馈分析及开裂仿真研究的初步思路,其分析结果对于类似工程具有一定的实际参考价值.     

薄层接缝单元及其在拱坝接缝模拟中的应用

在拱坝等结构的非整体性分析中,横缝、诱导缝等接缝对大坝变形及应力状态影响较大,坝体接缝的模拟是计算分析的关键。为对坝体接缝力学行为进行较为合理的模拟,提出法向和切向本构关系均采用双曲线模型的薄层接缝单元,算例验证表明这种薄层接缝单元可以较好地模拟在循环荷载作用下接触面拉压交替的现象。对接触接缝单元的刚度系数、摩擦系数和单元厚度等因素进行了敏感性分析,并阐述了采用这种薄层接缝单元模拟拱坝横缝和诱导缝的方法。将薄层接缝单元用于模拟某实际碾压混凝土拱坝工程中的接缝,计算结果表明横缝和诱导缝对其附近区域坝体拉应力有较大的削弱作用,同时这种薄层接缝单元也可为其它类似接缝模拟计算提供参考。     

沙牌高RCC拱坝渗流特性及对坝肩稳定性的影响

沙牌高ＲＣＣ拱坝是国家“八·五”和“九·五”科技攻关项目重点依托工程,由于拱坝坝肩相对单薄,坝肩岩体中存在遇水易于软化的绿片岩,坝址区的渗流特性及对坝肩稳定性的作用与影响是工程非常关心的问题,本文根据沙牌坝址区水文地质条件及坝基防渗处理设计措施,运用三维有限元数学模型,研究坝基（ 肩） 渗透压力的空间分布特征及坝基排水廊道的渗透流量,并针对坝基防渗帷幕和排水孔幕不同施工质量,对坝基渗流特性及坝肩稳定性的作用与影响进行敏感性分析。     

碾压混凝土高拱坝分缝形式研究

为解决碾压混凝土高拱坝设计的技术问题,结合沙牌工程,采用模型试验和三维非线性有限元计算方法,对碾压混凝土高拱坝不同分缝方案坝体结构的应力、变形及裂缝情况进行分析,从而确定分缝形式的合理性,为工程设计和施工提供参考依据。     

复杂地质条件下拱坝坝肩稳定地质力学模型试验研究

结合四川宝兴河铜头水电站混凝土拱坝，对坝肩稳定进行了三维地质力学模型试验研究，试验中采用变温相似材料模拟坝肩坝基岩体中的软弱结构面，运用超载与强降相结合的方法进行破坏试验。主要探讨了该拱坝坝肩失稳的破坏过程、破坏形态和破坏机理，获得了坝肩整体稳定安全度。试验表明：采用超载与强降相结合的破坏试验方法得到的安全度为3．12～3．51。同时表明在正常运行情况下，坝肩是稳定的，在强降阶段，坝肩出现开裂，尤以左坝肩为甚，因此对两坝肩特别是左坝肩上部进行加固处理是十分必要的。     

碾压混凝土断裂的数值仿真分析

本文提出了一种计算模拟混凝土构件荷栽──位移全过程曲线的方法──刚度荷载法，并采用基于钝裂带模型（ＢＣＢＭ）的混凝土材料全量型本构关系和三线型应变软化为线，编制了相应的计算分析程序，对碾压混凝土三点弯曲梁、楔入劈拉、碾压混凝土拱坝诱导缝典型结构等构件进行了计算分析，得到了结构”的荷载一位移全过程曲线、碾压混凝土材料拉伸软化曲线参数等一些有意义的数据和结果。计算结果与试验结果及用虚拟裂纹模型计算的结果吻合较好。     

基于ETA模型的配筋措施对于高拱坝变形损伤指标的影响

混凝土拱坝在不同强度超载地震作用下的动力响应,对拱坝抗震裕度评估有着深远的影响,如何评价配筋措施的效果成为一个重要问题。基于耐震时程分析（ETA）法,研究了不同地震强度下,高拱坝是否采用配筋抗震措施对于坝体损伤变形指标的影响。首先对ETA方法、坝体材料本构、横缝模型以及地震动输入方法进行了介绍。然后分别建立了高拱坝采用配筋抗震措施和未采用配筋抗震措施拱坝的数值模型,同时基于ETA方法生成不同地震强度的耐震时程。分析在不同地震强度下,高拱坝是否采用配筋抗震措施的损伤分布、横缝开度以及变形等响应,提出了高拱坝损伤体积比、平均横缝开度以及拱冠梁变形等坝体损伤变形指标。通过对比高拱坝配筋和未配筋的情况下得出的动力响应指标,研究配筋措施对高拱坝响应以及损伤变形指标趋势、相关性以及离散性的影响。计算结果表明:在不同的地震动强度条件下,配筋措施对减小高拱坝的整体损伤是有效的,对横缝开度及位移影响有限,配筋措施可以减小地震随机性导致的损伤变形指标离散。同时,归一化的损伤变形指标表明损伤变形指标有一定的相关性。     

普定碾压混凝土拱坝温度场仿真研究

利用ANSYS软件及其二次开发技术,基本实现了碾压混凝土拱坝温度场全过程的仿真计算. 根据数值仿真计算并结合理论分析及我国首座碾压混凝土拱坝某些温度监测数据,得出了影响坝体温度场变化及其仿真计算可靠性的主要因素. 为检验普定拱坝温度场仿真分析结果的合理性,将仿真结果与实测值进行了比较分析,计算分析结果可为深入研究普定碾压混凝土拱坝真实工作性态提供参考依据,具有一定的工程应用价值.