大岗山拱坝施工期空库状态下应力仿真分析及评价

根据大岗山拱坝的实际浇筑过程,采用三维非线性有限元仿真计算大岗山拱坝在自重、温度荷载及蓄水压力的不同组合工况下的坝体应力情况,得到坝体应力分布规律,在此基础上着重对比分析了坝踵、坝趾在不同荷载作用下的应力.计算结果表明,由于大岗山拱坝在完建时处于空库状态,受坝体体型影响,坝体重心位置略偏向上游侧,使得坝底上游侧受压而下游侧受拉,但其应力大小距蓄水后的应力水平及最大拉应力控制标准均有一定的富余度,不会对坝体及坝踵、坝趾产生不利影响.     

基于不连续有限元的拱坝应力应变仿真分析

单独建立拱坝坝体与地基模型,通过设置坝体与地基及坝体贴角与地基之间虚拟不连续结构面实现两套网格的耦合,并设置结构面上高斯点的生死状态来模拟坝体建基面之上浇筑块的浇筑过程,当建基面上的浇筑块出生时,激活结构面上的高斯点.在仿真分析中考虑结构面的粘结、滑移效应,并设置上游贴角与地基之间的虚拟不连续结构面在蓄水之后自动开裂和闭合.采用隐含裂缝单元模拟坝体裂缝,实现了不连续有限元对拱坝浇筑的仿真.与传统有限元进行对比,结果表明两种方法计算的位移结果整体分布大致相同,坝体及建基面附近的应力分布也基本一致,验证了该方法的正确性及实用性.可以看出,该方法将传统的整体网格划分工作简化为坝体和坝基网格的并行处理,缩短了前处理的时间,适合于拱坝-地基系统的浇筑仿真分析.     

考虑施工过程影响的拱坝体形优化分析方法及应用

基于序列二次规划(SQP)优化算法,以坝体有限元等效应力为应力约束条件,以坝体方量为目标函数,并考虑拱坝柱状浇筑、封拱灌浆等施工过程,进行拱坝体形优化计算.计算过程采用有限元全过程参数化分析方法,自动实现了拱坝的三维建模、荷载施加、施工过程模拟、有限元等效应力计算以及拱坝体形优化迭代等分析过程.以淋溪河拱坝为例进行了拱坝体形优化计算,计算结果表明,考虑施工过程的优化结果与不考虑施工过程的优化结果相比更加安全,也更具有实际意义,优化后的坝体厚度更薄,坝体方量减少近20%,拉、压应力已达到约束边界,优化后体形基本上达到了可能的最优体形.     

宁南黄土丘陵区某土坝工后裂缝成因分析

宁南某水库首次蓄水后坝体出现数条宽度15—50mm的裂缝,在分析该工程勘察设计与施工资料的基础上,选取了3个桩号的典型横剖面,分别采用分层总和法和有限元法对坝体沉降变形进行了模拟计算,并将计算值与土坝变形实际观测数据进行对比分析．结果表明,坝体工后裂缝的主要原因是坝基湿陷性黄土及沟壑处理不彻底导致坝体不均匀沉降,进而产生裂缝．     

采用球面键槽的高拱坝横缝开度仿真分析

采用三维有限厚度带球面键槽接缝单元模拟拱坝横缝,推导了球面键槽的接触物理方程,探讨了球面键槽的最优中心角.在三维瞬态温度场仿真计算结果的基础上,利用三维瞬态非线性有限元方法对小湾拱坝横缝开度进行了全过程仿真分析.计算中考虑了坝体材料的热力学性能、浇筑过程、环境温度变化、封拱和蓄水过程以及接缝在灌浆前后的不同力学性质等因素.计算结果表明,小湾拱坝大部分灌区横缝开度满足灌浆要求,灌浆后蓄水对横缝有压紧作用,不存在二次灌浆问题.     

小湾拱坝施工期温度场动态跟踪仿真

针对小湾拱坝的施工现状,考虑了混凝土的热学参数及边界条件历时过程、混凝土浇筑过程以及通水冷却措施等因素,应用瞬态热传导三维有限元分析方法对拱坝施工期的温度场进行动态仿真计算,分析了坝体在施工期温度场的时空分布规律,并与监测温度值进行了对比分析.计算结果表明:整个温度场分布规律与监测资料基本吻合,仿真结果较为合理.同时,该研究成果对小湾拱坝施工过程中温控措施的合理性也进行了有效论证.     

寿宁县麻竹坪水库砌石拱坝裂缝观测与分析

通过对麻竹坪水库砌石拱坝的温度和应力观测,分析砌石拱坝产生裂缝的原因是由温度应力造成的,并据此认为砌石拱坝的温控设计和温控施工至关重要,是避免或减少砌石拱坝裂缝产生的有效手段.观测到现坝体内温度稳定应力稳定,裂缝已经闭合,对拱坝的安全运行不会产生严重后果.观测数据和分析结论可以为今后砌石拱坝的设计和施工提供参考.     

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。     

长沙坝水库大坝加固方案有限元分析及安全评价

针对长沙浆砌石拱坝运行多年后出现严重裂缝和不对称变形现象,提出了大坝加固方案,并采用三维有限元方法,全过程模拟了坝体施工过程,并分时段模拟了地基应力、坝体自重应力和水沙荷载的分级加载,分析了加固后坝体应力应变分布规律,对大坝加固方案的可行性和合理性作出评价,为工程设计提供依据和建议.     

小湾拱坝施工过程温度场仿真分析

在ANSYS平台上进行二次开发,建立了一套快速、高效、自动化程度较高的仿真反馈分析系统用于模拟拱坝施工过程温度场.在小湾拱坝施工过程温度场仿真计算中,各测点温度计算值随时间变化的规律与监测值基本一致,吻合情况较好,总体上相差2～3℃以内,计算结果揭示了坝体内部的温度变化规律.研究成果表明:1)1077m高程以下坝体采用的二期冷却方案A使得坝体中出现较大的温度梯度,产生较大的径向拉应力;2)1096m高程以上采用的二期冷却方案B能很好地改善方案A中的不足,较好地控制温度应力,防止拱坝开裂.     

紧水滩拱坝裂缝稳定性分析

为研究紧水滩拱坝已监测出的主要坝面裂缝的存在或发展对拱坝正常运行的影响,进行了裂缝稳定性数值计算,其中坝体混凝土采用理想弹塑性本构关系和Mohr-Coulomb屈服准则,含裂缝的部分区域采用子模型技术,裂缝内采用动态接触状态的分析模型.分析结果表明:已有裂缝对拱坝整体工作性态无影响,裂缝的稳定性与其位置和缝面水压作用形式有关.验证了4种工况下裂缝的稳定性,提出应对其中的3处裂缝采取防渗止水措施防止其继续发展.     

小湾导流中孔闸墩开裂成因及工作性态分析

针对小湾拱坝在施工过程中导流中孔闸墩会产生裂缝问题,建立了一套基于弹粘塑性势理论的数值分析系统,对其开裂的原因及工作性态进行了计算分析.结果表明:开裂原因并非单一因素所致,而是温控措施、锚索张拉及蓄水的累计作用,其中温控措施产生的拉应力为最主要原因;导流中孔若继续参与导流工作,裂缝充水时,其尖端的应力强度因子将超过混凝土的断裂韧度,在水力劈裂作用下裂缝将继续扩展.该研究成果不仅为制定小湾拱坝导流方案提供了依据,对类似工程也具有一定的借鉴和参考价值.     

复杂地质条件下高拱坝整体稳定研究与软弱结构强度弱化效应影响分析

锦屏一级高拱坝坝高库大,坝址区地质条件复杂,坝与地基整体稳定问题突出。工程蓄水运行后,坝肩结构面及软弱岩体的强度在高应力、强渗压的长期作用下将降低,对拱坝整体稳定更为不利。为评价加固后工程安全性,由水岩耦合三轴试验得到各软弱结构面强度在不同条件下的弱化率,并在此基础上采用综合法地质力学模型试验。由于试验技术限制,对结构面无法实现分区降低破碎带及影响带强度,综合各方面因素,模型试验最终采用破碎带统一降强30%的弱化方案。针对软弱结构面强度弱化效应对整体稳定的影响,采用三维非线性有限元软件对破碎带统一降强30%（方案一）和破碎带及影响带分区降强（方案二）进行计算分析,通过对比两方案计算结果,正常工况下方案二坝体变位较方案一增加幅度约-0.2%~2.24%,坝肩变位值较方案一增加幅度约-2.35%~1.72%,超载工况下坝体变位增加幅度约-4.68%~9.23%。两方案下坝体及坝肩抗力体变位、破坏过程及机理规律相似,量值相近,且试验与计算成果相近。综合分析认为,锦屏一级拱坝模型试验采用在破碎带统一降强30%来模拟破碎带及影响带分别降强是合理可行的,试验成果是可靠的。     

混凝土心墙对砌石拱坝应力和变形的影响分析

砌石拱坝因其自身优势在我国中小型拱坝中得到广泛的应用,其材料特性使得坝体防渗至关重要,在已建的砌石拱坝中防渗大多采用混凝土心墙,因此,对砌石拱坝中的心墙这一防渗结构型式进行了具体介绍,并建立了混凝土心墙砌石拱坝和均质砌石拱坝的有限元模型并进行计算分析,分别探讨在静、动力条件下心墙拱坝整体和心墙本身的应力变形规律、心墙对整个坝体应力变形规律的影响以及不同心墙材料对坝体影响程度的大小等.由结果可得心墙与坝体上游面应力分布规律基本相同,与上游面极值区对应的心墙处出现明显的应力集中现象,心墙对上下游面的坝体均有一定保护作用,尤其是上游坝踵区,均质砌石拱坝的应力增幅可达100%.     

分期施工蓄水时拱坝与背管共同工作的分析

给出一种分析模型，以湖南东江拱坝为例，进行了实际分期施工及蓄水过程的结构分析，论述了它的可能性，指出了存在的问题，并对分期的技巧提出了参考建议     

基于参数反演与耦合作用的高堆石坝垫层对坝体渗流影响仿真

通过研究混凝土垫层对高堆石坝渗流场的影响,旨在通过仿真模拟过程提出一种切实可行的分析方法,较准确地计算运行期坝体渗流量.结合糯扎渡心墙堆石坝工程实例,运用改进后的粒群算法对垫层混凝土热学参数进行反演并计算垫层温度场,模拟垫层上部土石料填筑过程,并考虑蓄水后水压力对垫层作用确定运行期垫层应力状态.参考垫层应力计算结果及实测资料预测垫层可能产生裂缝区域,利用立方定律研究垫层渗透系数变化对坝体渗流的影响;选取大坝典型剖面,以修改后的邓肯-张模型为基础并运用土体渗流耦合原理重新计算坝体渗流场及应力场.数值仿真计算结果表明:正确认识运行期垫层应力状态及渗透性质变化对准确模拟计算坝体渗流场具有较大意义.     

分期施工蓄水时拱坝与背管共同工作的分析

给出一种分析模型，以湖南东江拱坝为例，进行了实际分施工及蓄水过程的结构分析，论述了它的可能性，指出了存在的问题，并对分期的技巧提出了参考建议。     

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.     

思德拱坝裂缝成因分析及处理措施研究

拱坝开裂长期困扰着工程界，特别是中国早期建造的砌石拱坝。为了找出坝体开裂的根本原因并合理地加固，采用传统的结构力学方法和三维有限单元法分析了思德水库大坝坝身不对称开裂的成因。研究认为：地形地质条件不对称、溢洪道和拱坝体形设计不合理是拱坝出现不对称开裂的重要原因。同时提出了相应的裂缝处理和坝区加固措施，即：对称上游岩体、修补裂缝并控制施工温度，以及在灌浆平台以上的上游坝面浇筑一层钢筋混凝土面板。     

某水力冲填坝渗流稳定分析

针对某水力冲填坝蓄水难以到达设计水位的情况,通过现场检查、地质勘探、实测资料分析和理论计算,对目前坝体的渗流安全性进行评价,并在实测资料验证的基础上,对设计水位下坝体的渗流安全性进行了评价,并提出相应的加固意见.