浅议宽谷拱坝的优化设计

在工程实际设计经验的基础上,从加大拱坝底部厚度、加大中上部拱圈刚度、拱坝前倾及设 置底缝或周边缝等方面提出了解决坝踵应力过大的措施,并分析了各种措施的优劣及效果,总结了优 化宽谷拱坝体形的设计要点。由于宽谷拱坝坝段多,其出现质量问题的机会就多,积累起来对拱坝安 全运行不利,因此应重视对宽谷拱坝地质条件、体形设计、温度控制、施工质量等各个环节和因素的 把控。在设计工作中,根据实际情况采取不同的宽谷拱坝体形优化措施,可以达到控制坝踵应力的目 的,满足设计安全性及经济性要求。     

高拱坝的开裂与体形优化

通过对小湾拱坝的弹性有限元计算，分析了坝踵区在拉应力作用下裂缝出中能性，进而描述了进行拱坝开裂分析所采用的裂缝模型，并给出了小湾拱坝出现裂的可能范围以及坝踵区应力变化的非线性有限元计算成果，讨论了开裂约束条件下拱坝体型优化的数学模型及强度控制指标和开裂深度控制指标。     

石门坎拱坝坝踵底缝稳定性分析

随着拱坝高度的不断增加,坝体厚度不断减小,高拱坝坝踵破坏成为工程中非常棘手的问题。人们通过设置坝踵底缝来降低坝踵最大拉应力。但是设置底缝后,坝踵和底缝尖端部位是否稳定需要验证,目前人们对坝踵底缝稳定性判断主要采用断裂力学法,本文采用Drucker-Prage准则对坝踵和底缝尖端材料屈服性进行判断,同时对底缝的张开度进行分析。     

飞龙拱坝病害的应力重分布分析

针对飞龙拱坝缝裂，漏水病害进行的应力重分布定点分析，是采用考虑扭转的拱冠梁法，对拱坝应力控制部位不断进行应力计算，并根据前次成果确定下次计算的边界条件，直至获得坝体破坏的应力发展全过程，从而判断病害产生的原因和发展过程，以便提出正确的整治措施，分析表明，飞龙拱坝在蓄水位尚未达到设计值时，坝踵拉应力就已超强，产生水平裂缝，缝面作用的全水头扬压力随缝深的发展而迅速加大，扬压力的增加与裂缝发展的深度和范     

设底缝对高拱坝工作性态的影响

本文用非线性有限元对小湾高拱坝(坝高292.0m)设底缝时的工作性态进行研究，模型中考虑了缝面应力与变位的非线性重调整，考虑了坝体、坝基材料非线性和底缝接触非线性的耦合，模拟了缝的开裂、滑移等非线性。对设缝深度、干缝、湿缝等对高拱坝拱冠、坝踵和坝肩等关键部位的位移场和应力场的影响进行了分析研究，并对设缝前后建基面、坝踵附近的开裂区和屈服区进行分析，研究结果表明，设底缝可以有效地降低高拱坝坝踵的梁向拉应力，对坝踵附近应力影响较大，坝体其它部位应力和位移变化不大。     

设上游底缝对小湾拱坝坝踵开裂的影响及破坏分析

该文通过采用DP材料准则和William-Warnke材料准则对小湾拱坝设上游底缝的受力情况与破坏规律进行分析,结果表明:小湾拱坝设置诱导底缝可以释放坝踵拉应力,改善坝踵应力状态,并且得出设置诱导底缝后不会影响到整个大坝的安全。     

混凝土拱坝坝踵张开、不对称变形性态分析

拱坝坝踵混凝土与基岩之间的结合状况,以及接触面附近基岩内裂隙的闭合状况,直接关系到拱坝渗流和结构的安全,工程实例和分析表明,宽谷拱坝坝踵比较容易出现张开现象,避免水位和温度的不利组合,对防止坝踵张开具有重要作用。拱坝切向不对称变形趋势是判断拱坝整体工作状况是否正常的重要依据,若不对称变形呈发散型增大变化,很可能坝体、坝基已遭受损坏,需引起高度重视,应结合其它监测信息综合评判,采取必要措施,防止灾害性事故发生。     

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。     

考虑非饱和渗流的谷幅变形对高拱坝影响分析

蓄水初期谷幅变形对拱坝当前工作性态和长期安全状况的影响是坝工界和学术界面临的新课题。针对我国锦屏一级拱坝蓄水期间出现的谷幅收缩问题,基于非饱和渗流分析理论,采用非线性有限元数值分析方法,通过对裂隙岩体吸湿曲线进行敏感性分析,研究了非饱和渗流过程中的谷幅变形规律,并分析了谷幅变形对大坝位移和应力的影响。结果表明:在非饱和渗流场作用下,两岸边坡向河谷中心变形,且上游比下游的谷幅变形值大。随着水位的升高,谷幅变形值不断增大,当渗流场达到饱和时谷幅收缩值最大。在非饱和渗流过程中坝体位移和应力的分布规律基本保持不变,但随水位的升高坝体最大顺河向位移和最大主压应力略有减小,最大主拉应力略有增加。谷幅收缩对坝体产生挤压作用,导致坝体最大顺河向位移减小,最大主拉应力由坝踵向坝肩上游侧转移,下游面高压应力区向拱冠梁中部扩展,且饱和渗流场对拱坝位移和应力的影响比非饱和渗流场明显,但渗流场作用的谷幅变形对坝体位移和应力的改变有限,不会影响坝体的整体稳定性。     

坝前基岩高坎对高拱坝坝踵应力的影响

针对高拱坝坝踵易开裂这一问题,以200m高的科恩布赖茵拱坝为例,分析了该坝坝前高坎对坝踵应力的影响,认为坝前基岩高坎与坝体相结合的这种方式对拱坝坝踵应力有不利影响,会导致坝踵发生严重开裂。     

拱坝的非线性分析

本文讨论非线性有限元法在拱坝分析中的应用。用弹塑性—断裂模型描述拱坝与基岩的力学性质,可以求得拱坝—岩基交界面的开裂区范围、拱坝变形的变化和拱坝的应力重分布情况。典型算例表明,考虑拱坝—岩基交界面的开裂后,坝踵处高铅直拉应力消失,而铅直压应力仅略有增加。从而可知,在拱坝设计中推广非线性分析方案可以导致更经济的设计和更简单的拱坝体型。     

浅议高拱坝坝踵实测与计算应力差异原因

高拱坝坝踵应力是评价拱坝安全的重要指标之一,采用目前规范中规定的方法计算得到的坝踵应力一般会存在拉应力,而工程中实测监测成果得到的坝踵应力基本表现为压应力,二者存在一定差异。本文从定性和定量方面分析坝踵实测应力与计算应力差异的原因,分析表明:坝基岩体特性、有限元网格划分、温度荷载、荷载加载过程、坝基岩体变形导致的坝体变形对设计计算应力有影响;监测仪器安装质量、大坝混凝土参数选取、自生体积变形、监测位置对实测应力有影响。通过某拱坝坝踵实测应力影响因素变量分量,得到了各因素对拱坝应力的影响,从定量方面揭示了除水位、温度外的因素对拱坝应力的作用。     

改善高拱坝坝踵拉应力措施的探讨

目前改善高拱坝坝踵拉应力的措施,主要是坝体体型优化,以及设置诱导底缝。提出在拱坝上游地基内设置垂直缝的构想,重点分析了垂直缝设在不同高程范围和不同缝深对坝体应力和位移的影响。结果表明:设置垂直缝和诱导底缝都能够有效改善坝踵附近应力分布,对拱坝整体稳定影响较小。     

坝肩岩体地震残余变形对小湾拱坝安全影响

用有限元模拟拱坝坝体、非连续接触单元模拟坝肩，计算了在设计地震荷载作用下小湾拱坝坝肩残余位移和坝体应力。以拉应力达到坝体混凝土抗拉强度为控制标准，得出坝肩岩体的动力稳定安全系数。计算结果表明，小湾拱坝坝肩仍具有一定的安全度。     

采用接触模型的高拱坝动力非线性分析

该文以有限单元法为基础,采用接触模型模拟超高拱坝相邻坝段之间的横缝以及上游坝踵处的诱导缝;通过地震响应时程分析发现,横缝及诱导缝在强震中呈张开——闭合的反复运动,可以有效的释放应力;其中横缝的存在可以极大降低地震作用时坝体中部坝段中上部的拱向应力,诱导缝则明显降低上游坝踵处铅直向拉应力。     

基于ABAQUS的拱坝三维有限元等效应力计算

在拱坝三维弹性有限元计算中，近基础部位会出现明显的应力集中，而坝踵坝趾常为拱坝应力控制的关键部位，得到其准确的应力分布对指导设计具有重要意义。通过ABAQUS进行拱坝三维有限元计算，结合Python二次开发实现拱坝建基面任意积分路径应力的提取和截面内力的计算，并通过材料力学法完成局部等效应力处理。计算表明：该方法能实现建基面任意路径下的应力等效，有效改善坝体应力集中现象。     

高拱坝坝踵应力实测与弹性计算结果差异原因分析

坝踵应力是关系到混凝土坝是否开裂和安全的一个重要指标，不管是用结构力学法还是有限元法都能计算出坝踵有一定的拉应力，但实际监测中却很少出现。本文从定性和定量两个方面分析造成计算结果和实测结果差异的原因，以小湾特高拱坝为例分析影响计算精度的各项主要因素，在此基础上提出坝踵真实应力的仿真分析方法。结果显示，计算和实测应力差异原因主要在于以下三个方面：1）坝踵位置的定义不同；2）目前监测仪器和方法有局限性；3）计算过程中的不当简化，如自重和水压的施加方式、坝体温度荷载的考虑、库水温度分布以及库盆水压的影响等。改进后的仿真分析结果与监测结果吻合良好，说明该方法能够给出合理的坝踵应力变化规律和比较精确的应力范围。最后，给出了坝踵应力监测仪器和方法的改进建议。     

小湾双曲拱坝上游坝面防渗施工技术

小湾拱坝混凝土总量达881.0×104m^3,最大坝高294.5m,大坝位于高地震烈度区,大坝建成后总水推力高达1660×10^4t,为降低坝踵处的拉应力,防止小湾高拱坝运行期上游面坝体及坝踵局部开裂漏水,避免高压水进入坝体裂缝或坝踵裂缝导致水力劈裂,需要在拱坝上游面坝踵附近及高应力区域设置辅助防渗体系。本文介绍采用喷涂聚脲及粘贴GB柔性板防渗施工的情况,实践证明,在高拱坝上游坝面采用综合防渗方案及施工技术可行,大大提高了坝体安全性。喷涂聚脲弹性体技术在水利水电工程中具有广阔的推广前景。     

小湾拱坝蓄水期应力应变性态分析

应用变形法对某高拱坝坝踵应变计组进行了应力计算，采用统计模型分离了影响应力的各个分量，分析了蓄水期前后应力变化规律和主要影响因素，比较了相同水位下应力变化情况，结果表明：坝踵处水压分量是影响应力的主要因素，在水位抬升的过程中，压应力减小，坝踵处应力性态总体正常。     

高拱坝坝踵开裂机理研究进展

综述了国内外有关高拱坝坝踵裂机理的研究成果，并针对奥地利２００ｍ高的ＫＯｅｌｎｂｒｅｉｎ拱坝坝踵开裂的工程实际，分析了其机坝踵开裂机理。最后，探讨了从中应吸取的经验教训。