高碾压混凝土拱坝分缝形式及破坏机理研究

本文结合四川沙牌碾压混凝土(RCC)拱坝,通过结构模型破坏试验,对RCC拱坝的分缝形式、坝体开裂与破坏机理进行研究,分析了诱导缝、横缝、周边缝等分缝形式对坝体的影响,确定了两条诱导缝加两条横缝的方案为选定方案。根据选定的分缝方案,探讨含诱导缝坝体的开裂破坏机理。研究中采用断裂力学理论,求得考虑尺寸效应的材料断裂韧度值和建立诱导缝的应力强度因子计算式,并通过分析断裂韧度与应力强度因子之间的关系,从理论上推导出诱导缝的开裂相似条件。据此提出在结构模型中模拟诱导缝的方法,在结构模型试验中实现对诱导缝的相似模拟,观察到坝体的开裂过程、破坏形态和破坏机理。试验结果已应用于沙牌拱坝工程的设计和施工中。     

高碾压混凝土拱坝横缝开度对拱坝安全的影响

考虑混凝土材料非线性和横缝接触非线性，对沙牌拱坝进行结构分析，研究横缝下游宽度变化对拱坝工作性态的影响。计算结果表明，横缝下游宽度达到2mm以上，坝体应力恶化，将会危害到拱坝的安全。     

碾压混凝土拱坝沿层面破坏机理研究

结合沙牌碾压混凝土拱坝的非线性有限元计算,仿真结构模型试验和岩滩碾压混凝土拱围堰炸除的实地考察,研究碾压混凝土的本构关系,沿层面产生薄弱环节的原因,形成各向异性。用数值计算和仿真试验模拟薄弱环节。在超载时层面首先开裂,随着超载加大,拱坝失去承载能力,直至坝体沿层面破坏,这与均质的石膏结构模型试验有本质区别,它无法反映沿层面破坏的特征,而沿45°方向破坏。炸除岩滩围堰也证明了沿层面破坏的机理。因此对层面进行"热缝"浇筑和加垫层铺筑,对提高层面抗剪和抗拉强度具有重要意义。     

碾压混凝土拱坝成缝新技术

沙牌碾压混凝土拱坝成缝技术以诱导缝、横缝组合为重点，在国内外成缝经验的基础上，深化分缝结构及接缝灌浆系统，提出了适应于碾压混凝土拱坝特点的预制混凝土重力式模板成缝和接缝重复灌浆新技术，并成功应用于施工。在碾压混凝土拱坝分缝上也有所创新和突破，为100m以上高碾压混凝土拱坝的设计积累了重要经验。     

碾压混凝土拱坝诱导缝的断裂力学分析

用断裂力学方法从局部分析了碾压混凝土拱坝诱导缝的设置问题，以含典型诱导缝的坝段为对象，讨论了缝长与缝间距对诱导缝作用的影响，并提出了两种新型诱导缝方案，即诱导缝斜向布置方案和尖头诱导板方案。     

下诱导缝上横缝的碾压混凝土拱坝分缝设计

云龙河三级水电站碾压混凝土拱坝坝址为典型的"V"形狭窄河谷,由于采用了通仓碾压和连续上升的施工方式,合理的分缝设计对改善坝体应力条件、保证大坝安全尤其重要。结合云龙河三级水电站拱坝的特点,首次提出了"下诱上横"的碾压混凝土拱坝分缝新技术,该分缝设计可保证施工期低高程坝体联合抵挡汛期洪水,浇筑完成后在预定位置张开成缝以利于后期封拱灌浆。经计算分析,并通过实际施工过程及运行阶段验证,该分缝设计是合理的,可为类似工程提供借鉴。     

高碾压混凝土拱坝中的构造缝问题研究

为了控制施工期温降引起的坝体裂缝，国内外已建成的几座碾压混凝土拱坝普遍设置了诱导缝。我国在国家“八五”科技攻关过程中深入研究了诱导缝的作用和合理布置问题，提出了诱导缝等效强度计算模型和断裂判别式以及有效作用范围估计方法，为诱导缝设计提供了理论依据，并对高碾压混凝土拱坝设置少量横缝的作用和适用条件提出了依据。     

普定碾压混凝土拱坝破坏试验研究

在结构模型破坏试验中，采用变温相似模拟大坝坝肩岩体中的Ｊｉ夹层，以反映水库在长期运行中抗剪强度可能降低的全过程；用综合法进行破坏试验，求得综合安全度，借以评价普定的安全性，罗当前一般采用超载法进行破坏试验所得结果，更符合实际。     

碾压混凝土拱坝的温度控制和接缝设计

在本文中，作者对RCC(碾压混凝土)拱坝给出了温度荷载计算和温度应力控制的方法，以及接缝设计的原则。     

高碾压混凝土拱坝不同分缝形式结构特性的试验研究

结合沙牌碾压混凝土拱坝，采用整体结构模型试验，分别对设置周边应力释放缝加两条诱导缝、三条诱导缝、坝体不设缝三种方案进行了坝体的应力及变形特性、破坏形态、破坏过程及破坏机理的分析，从而得出了不同分缝形式下高碾压混凝土拱坝的结构特性。     

小湾拱坝模拟实际横缝间距的非线性地震反应分析

本文采用Fenves接触单元模型对小湾拱坝在地震作用下的横缝非线性特性进行了细致深入的研究，内容包括有限元网格收敛性、横缝模拟间距和模拟条数收敛性、横缝灌浆强度的影响、不同水位的影响等，文章首次采用实际横缝间距和最多达到25条的横缝模拟条数对小湾拱坝进行非线性地震分析，揭示出了许多重要工程规律。Fenves关于“拱坝横缝非线性分析中只模拟3条横缝就足够了”的研究结论，对于应力分析结果尚可成立，但要得到符合实际的横缝张开度，必须在拱坝关键部位以真实间距模拟横缝，并保证一定的模拟条数。此外，不同库水位对非线性响应影响显著，应予以考虑。     

考虑水平薄弱层的碾压混凝土拱坝振动台试验研究

由于碾压混凝土坝的施工工艺特点及特殊情况的出现,局部易形成薄弱层。为探究水平薄弱层的存在对拱坝地震超载能力与失效模式的影响,在振动台上进行了大坝模型动力破坏试验。模型的建立基于弹性力-重力准则,在相似关系设计时考虑了原型与模型材料力学特性的率敏感性,同时在动态加载条件下进行了含薄弱层的模型材料劈拉试验。选择模型基频对应的谐波逐级加载研究拱坝在超载作用下的反应。试验表明,拱端横缝的张开以及拱冠附近诱导缝的开裂释放了拱向约束,使得拱冠梁水平薄弱层处的梁向作用增强,易发生破坏。通过本次试验结果与不考虑薄弱层的研究结果对比,得出结论:水平薄弱层的存在并没有显著降低坝体整体超载能力,主要影响拱向约束减弱后,梁向位置进入悬臂梁加载模式后的失效模式。本文研究结果可为评估水平薄弱层的存在对拱坝超载能力与失效模式的影响提供试验依据。     

设有横缝的高拱坝地震反应分析方法

文中介绍了两种模拟拱坝径向横缝的力学模型，应用非直接对接的自由子结构方法，在模态子空间内建立了拱坝地震反应分析的非线性动力方程，提出了考虑动水压力影响的近似计算方法。最后通过算例说明不同径向横缝模型对拱坝地震反应的影响。     

梅花周边缝拱坝的破坏形式分析

对福建梅花周边缝拱坝安全度和破坏形式进行分析和模拟，表明该坝实际容许水深只有20.8m，溃坝前一直处于超载状态，大坝在水荷载作用下，岸坡坝段上滑引起河床坝段上抬，温升作用增加了上抬值，这种上抬对周边缝拱坝的整体稳定是不利的，破坏时先是周边缝岸坡部分和下部拉坏和剪坏，然后拱坝中部出现上抬坡坏和坝肩发生剪切破坏，最终在库水作用下左，右坝体发生沿缝面的滑移和绕坝肩的转动破坏，此与实际破坏形式较为一致。     

结构缝对高碾压混凝土拱坝抗震性能的影响分析

研究横缝和诱导缝的共同作用对高碾压混凝土（ＲＣＣ）拱坝抗震性能的影响具有一定价值。首 先,采用混凝土损伤塑性模型模拟坝体材料,用黏性（Ｃｏｈｅｓｉｖｅ）单元模拟结构缝,分析计算了同时设置横 缝和诱导缝的试验模型,并将计算结果和试验结果进行比较,发现数值计算结果与试验结果十分相近, 说明所采用的模拟方法具有一定的合理性。并将此模拟方法应用到沙牌拱坝原型上,通过动力加载分 析,得到横缝和诱导缝的先后张开释放了坝体拱向应力,对提高坝体抗震性能有一定的积极影响。     

高拱坝伸缩横缝的开合对拱座岩体稳定的影响研究

高拱坝在强震作用下，伸缩横缝出现开裂，在一定程度上削弱了坝体的整体性能，不仅使得坝体的动力反应重新分布，坝肩岩体抗滑稳定的主要参数一拱端推力也产生很大变化，横缝的存在增加了对坝肩岩体进行抗滑稳定分析的复杂程度。本文给出了用动态子结构法计算有伸缩横缝坝体拱端推力的计算公式，并对坝体设有伸缩横缝的溪洛渡双曲拱坝的计算模型分别在人工地震波及柯依那地震波作用下，考虑库水 坝体相互作用、坝体自重、上游淤沙等因素的影响，对溪洛渡拱坝的拱端推力进行了计算，并通过拱端推力计算了拱座岩体的抗滑稳定安全系数。文中算式同样适用于其它结构。     

设缝高拱坝的破坏机理研究

对设周边缝，底缝高拱坝的破坏机理进行了阐述，采用增大水重度和降低坝基交界面或缝面材料强度储备两种方法；对未设缝高拱坝，设部分周边缝高拱坝和底缝高拱坝的破坏形式。破坏过程进行研究，寻找设缝拱坝的可能破坏形式和破坏机理，研究结果表明，三种坝型的整体安全度由大到小的顺序为未设缝拱坝，部分周边缝拱坝和底缝拱坝，破坏均是从坝体与垫座交界面上游侧开始开裂，向下游扩展，最终下游侧屈服破坏。     

碾压混凝土拱坝诱导缝开裂试验研究

通过多组由深埋椭圆裂缝、深埋矩形裂缝和穿透裂缝3种型式形成不同削弱度的碾压混凝土试件轴拉试验，研究了试件的应力强度因子，分析了不同裂缝的应力强度因子计算公式。由于试件的断裂韧度与裂缝形式无关，假设深埋矩形预留缝试件的应力强度因子可以由深埋椭圆预留缝或穿透预留缝试件的应力强度因子通过修正求得，建立了矩形预留缝试件应力强度因子的近似解析表达式。考虑了尺寸效应后，求得碾压混凝土材料的断裂韧度。根据碾压混凝土拱坝诱导缝的构造特点，并考虑了相邻缝的影响计算出诱导缝开裂的等效强度。这一结果应用于沙牌碾压混凝土拱坝开裂计算的三维非线性应力场仿真计算中。