碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型

从碾压混凝土坝的渗透特性出发，分析了碾压混凝土坝层(缝)面渗流与坝体应力相互影响的耦合机理，层(缝)面渗流向层(缝)壁面施加法向渗透压力和切向拖曳力来影响坝体应力，坝体应力改变层(缝)面的等效隙宽来影响渗流，进而提出了碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型，讨论了该耦合模型的有限元数值解法，并给出了工程应用实例。由计算实例可以看出，耦合作用使坝体渗流场发生变化，并且使坝体应力增大，使坝踵处的应力集中加剧。     

碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型

从碾压混凝土坝的渗透特性出发，分析了碾压混凝土坝层（缝）面渗流与坝体应力相互影响的耦合机理，层（缝）面渗流向层（缝）壁面施加法向渗透压力和切向拖曳力来影响坝体应力，坝体应力改变层（缝）面的等效隙宽来影响渗流，进而提出了碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型。讨论了该耦合模型的有限元数值解法，并给出了工程应用实例，由计算实例可看出，耦合作用使坝体渗流场发生变化。并且使坝体应力增大，使坝踵处的应力集中加剧。     

龙滩碾压混凝土坝渗流场对应力场的影响

结合龙滩水电站工程，分析碾压混凝土重力坝坝体及碾压层（缝）面渗流的特点，提出碾压混凝土坝渗流的渗透静水压力和渗透动水压力及其对坝体应力的影响机理，采用有限元数值方法计算出渗流场影响下的龙滩坝应力场分布。可以看出，由于渗透静水压力和渗透动水压力的作用，使坝体各应力分量最大值增大，也使坝踵处应力集中现象加剧。     

龙滩碾压混凝土坝渗流与应力场耦合分析

结合龙滩碾压混凝土重力坝的渗透特性，考虑碾压混凝土层面 流及其力学效应以及坝体应力状态对层面渗透性的影响，采用碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型及其有限元数值解法，对龙滩碾压混凝土重力坝进行了渗流场与应力场耦合分析，为工程设计提供了参考依据。     

龙滩碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析

结合龙滩碾压混凝土重力坝的渗透特性,考虑碾压混凝土层面渗流及其力学效应以及坝体应力状态对层面渗透性的影响,采用碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析的数学模型及其有限元数值解法,对龙滩碾压混凝土重力坝进行了渗流场与应力场耦合分析,为工程设计提供了参考依据.     

碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合作用的研究

作者视成层浇筑而成的碾压混凝土在强度和渗流特性上都为横观各向同性体，给出描述南体渗透各向异性的渗透张量和线弹性变形的５个弹性特性常数的算式，并论述了求解压混凝土坝渗流场和应力场的有限单元法。据碾压混凝土圆筒体试件在层面法向荷载作用下的室内径向渗透模型的耦合作用试验结果，建立碾压混凝土坝中渗流场与应力场耦合作用的耦合算式及解耦算法，其中用单元开裂裂缝分布模型考虑了坝体层面及混凝土本体在任何可能方向上     

基于层面参数等效的碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析

受施工、龄期、环境及服役期大坝承受的反复静动荷载等多因素影响,坝体和层面出现不同程度的劣化损伤,碾压层本体及层面物理参数呈渐变特性。针对碾压层内力学参数渐变的特性,提出了相应物理参数的等效算法,且给出了耦合性态参数间的数学转换关系,分析坝体应力场与渗流场相互影响机理,据此建立了考虑层内参数渐变的碾压混凝土坝渗流场与应力场耦合分析模型,并编制了相应的有限元分析程序。工程实例分析表明,耦合作用致使大坝的渗流场发生改变,坝体的应力较未耦合时普遍偏大,坝踵处的应力集中显著;渗流场与应力场耦合作用激励下的不利因素可为大坝的设计、施工及安全运行提供参考。     

龙滩碾压混凝土坝的仿真计算

本文是在作者的研究成果“龙滩碾压混凝土坝的温控研究”和“模拟碾压混凝土坝成层浇筑过程温度场的解析解的基础上对龙滩碾压混凝土坝夏季开工坝段进行仿真计算。研究结果表明，当开工日期在夏季时，基础混凝土热量倒灌现象严重，最高温升和最大水平正应力 发生在靠近基础的常压混凝土浇筑层中。因此，夏季开工坝段的温控重点是基础常压混凝土垫层。坝体温度降低到稳定场需要一个很大的时间过程，对于龙滩碾压混凝土坝，大约需要４     

碾压混凝土坝渗流场分析的缝面渗流平面单元模拟法

针对碾压混凝土坝成层施工的结构特点及其渗流特 性，笔者在非均质各向异性等效连续体模型的基础上，提出可精细而又方便地模拟大坝中层 面、缝面和裂缝等渗流行为的缝面渗流平面单元模型。在没有增加计算网格结点的前提下， 不但能高效率地刻画出层面和缝面所带来的坝体强渗透各向异性的特点，而且又能极容易地 对那些局部零星分布的有强集中渗透能力的冷缝和裂缝等缝隙进行逐个细致地模拟，坝体的 渗流实际情况在数值模型中得到了甚为客观的展现，提高了大坝渗流场的计算分析精度，基 本上完整地解决了碾压混凝土坝的渗流建模问题。最后，较详细地进行了一个高102m的大坝 的算例分析。     

龙滩碾压混凝土坝稳定渗流场与稳定温度场耦合分析

渗流通过参与热量传递与交换影响温度分析，温度通过改变介质渗透系数和温度势梯度引起水流运动来影响渗流场，两者相互作用最终达到珠渗流场和温度场,应用混凝土坝渗流场和温度场耦合分析的数字模型，进行了龙滩碾压混凝土重力坝稳定渗流场和稳定温度场的耦合分析，结果表明，耦合作用使龙滩坝稳定温度场温度普遍降低，稳定渗流场水头普遍升高。     

渗流影响下碾压混凝土坝的位移分析

层面是碾压混凝土的薄弱面，具有强透水性，因此针对碾压混凝土这种特点，提出以薄层单元模拟碾压混凝土层面，用应力场和渗流场耦合的粘弹性模型分析坝体位移的方法，并应用于沙牌碾压混凝土拱坝。     

界面元在碾压混凝土层面渗流分析中的应用

碾压混凝土坝采用分层碾压工艺,一般认为层面之间是薄弱部位,为坝体强渗透层。在碾压混凝土坝体渗流有限元分析中,用无厚度的接触界面单元来模拟分析碾压混凝土层面的渗透作用,可以不增加单元剖分的工作量而有效地模拟薄弱层面的渗透影响。     

碾压混凝土坝及龙滩碾压混凝土重力坝的渗流特性研究(一)

据室内含层面和不含层面碾压混凝土试件的渗透试验结果，碾压混凝土坝现场压水试验结果以及某些已建碾压混凝土坝实际运行情况，针对碾压混凝土坝为一成层材料结构体的特点，本文用隙面缝隙渗流理论和传统的多也隙介质体达西渗流理论，提出惰压混凝土坝的渗流基本理论和渗流基本特性，最后对拟将开工建设的龙滩高碾压混凝土重力坝的渗流特性进行了数值分析。     

基于COMSOL Multiphysics的重力坝渗流场与应力场耦合分析

借助COMSOL Multiphysics软件强大建模与计算功能,建立混凝土重力坝断面二维渗流场与应力场耦合模型,选择结构力学模块和描述流体流动的Richards方程模块,利用出渗面混合边界求解方法确定渗流自由面,以此研究正常蓄水情况下渗流场和应力场耦合作用的影响,并与不考虑耦合作用进行对比。结果表明:(1)考虑与不考虑耦合作用时的渗流场、应力场与位移场分布规律基本一致,但耦合作用对混凝土重力坝渗流场、应力场与位移有较明显的影响;(2)耦合作用使坝体浸润线位置稍微偏低,渗流场等势线偏向下游,坝基扬压力变大;(3)耦合作用使坝体总体应力增加,坝体上游拉应力与下游压应力增大,坝踵处的应力集中加剧。研究成果对混凝土重力坝设计具有参考价值。     

龙滩碾压混凝土重力坝及其防渗面板的应力分析

采用可以描述岩体弹性和弹塑性变形的等效模型一多层结构模型，模拟碾压混凝土的应力应变关系，据此对龙滩碾压混凝土坝及防渗面板在3种工况下的受力状态进行了计算，计算结果表明，坝体及坝基内的应力分布合理，防渗面板工作状态良好。     

碾压混凝土坝变形一级监控指标的拟定方法

针对碾压混凝土坝薄层碾压的结构特点，引入渗流场与应力场耦合的数学模型分析坝体在水荷载、温度荷载等作用下引起的弹性位移分量，采用粘弹性有限元计算坝体在水荷栽等作用下引起的时效位移分量，讨论碾压混凝土坝变形一级监控指标的拟定方法，并应用于实际工程。     

碾压混凝土成层特性对重力坝静、动力分析的影响研究

碾压混凝土由于采用逐层碾压的施工方法，致使所形成的大体积混凝土在竖向和水平向具有不同的弹性常数。本文以龙滩碾压混凝土重力坝为工程实例，研究了上述弹性特性差异对坝体静、动力分析所产生的影响。研究结果表明，碾压混凝土竖向弹模的降低对自重、水压等主要静载所产生的应力分布影响不大，但对坝踵、坝趾局部控制性应力值将会产生一定的影响；对坝体的自振振型特性影响不大，但对自振频率值有明显影响。     

碾压混凝土坝层面渗流变异特性研究

通过对碾压混凝土坝层面不平度的统计分析,模拟了层面的几何形态,揭示了层面渗透性能存在变异性的原因.通过对龙滩大坝现场碾压混凝土试块渗透压水试验成果的统计分析,得到了碾压混凝土坝层面渗透系数服从对数正态分布的结论,并建立了龙滩碾压混凝土坝层面渗透系数随机统计样本,为碾压混凝土坝随机渗流场数值模拟提供了基础.     

RCC重力坝施工期温度应力仿真及开裂风险分析

高RCC拱坝由于其自身材料与施工工艺的特点,易形成层间软弱结构面,影响大坝运行安全,因而探讨RCC拱坝碾压层面、诱导缝弱化对坝体的结构响应特征十分必要。大量研究都表明碾压混凝土层间结合会直接影响层面的力学参数,但就这种力学参数的变化对坝体应力变形的具体影响研究较少。本文结合某水电站RCC拱坝工程,基于其温度场仿真分析成果,分析大坝蓄水阶段,在温度荷载、水荷载和自重作用下,弱化碾压层面和诱导缝的强度对坝体的应力变形特性影响。结果表明,只降低碾压混凝土拱坝碾压层面强度对坝体应力的影响较小;同时将碾压层面与诱导缝强度降低30%时,坝顶的左右拱端、下游面坝顶及表孔周围和建基面附近有拉应力集中现象,最大值接近混凝土的抗拉强度值。碾压层面、诱导缝强度弱化对于坝体顺河向、铅直向位移大小影响不明显,顺河向位移最大值位置稍向左岸偏移;但对坝轴线方向位移的对称性影响明显。     

沙牌碾压混凝土拱坝坝体分缝形式的结构特性研究

在碾压混凝土拱坝设计中，选择合理的坝体分缝结构与分缝位置是有效地控制坝面开裂范围和保证拱坝整体稳定性的关键技术问题。文章结合沙牌水电站碾压混凝土拱坝的实际，运用有限元数值分析方法对拱坝不同分缝结构的坝体应力及缝端开裂特征作了多方案研究，在比较了各分缝方案结构特性差异的基础上，对该坝体的分缝结构和分缝部位提出了建议。