碾压混凝土拱坝三维弹塑性有限元分析

在建立碾压混凝土拱坝等效连续概化模型的基础上 ,采用压扁单元和等效连续概化模型相结合来模拟碾压混凝土坝体的方法 ,运用四参数、Mohr- Coulumb和 Drucker- Parger准则分别模拟坝体、层面和基岩 ,以及用分散式裂缝模型模拟坝体开裂状态。对沙牌碾压混凝土拱坝进行的三维弹塑性有限元分析表明 ,坝肩出现了非层面向的裂缝并危及帷幕灌浆体 ,不利于拱坝正常运行。     

碾压混凝土拱坝三维弹塑性有限元分析

在建立碾压混凝土拱坝等效连续概化模型的基础上，采用压扁单元和等效连续概化模型相结合来模拟碾压混凝土坝体的方法，运用四参数、Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｕｍｂ和Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐａｒｇｅｒ准则分别模拟坝体、层面和基岩，以及用散式、裂缝模型模拟坝体开裂状态，对沙牌碾压混凝土拱坝进行的三维弹塑性有限元分析表明，坝肩出现了非层面向的裂缝并危及帷幕灌浆体，不利于拱坝正常运行。     

某碾压混凝土拱坝诱导缝应力与开裂研究

以四川木里河某水电枢纽工程为研究对象,对其碾压混凝土拱坝诱导缝应力及开裂进行研究。利用ANSYS建立三维有限元应力模型,计算得到坝体及诱导缝应力。根据双K断裂准则和混凝土虚拟裂缝理论,从断裂力学角度,利用无限大板穿透裂缝模型和无限大体深埋椭圆模型,计算出诱导缝的等效强度。计算结果表明,设置诱导缝减小了诱导缝附近坝面的温度应力,使坝体两侧的诱导缝受拉裂破坏对称,其拉裂破坏都发生在大坝浇筑完成后的冬季降温期。     

高拱坝坝踵开裂非线性有限元分析

应用非线性有限元法研究了高拱坝坝踵开裂机理，在分析中，采用弹塑性强化模型作为地基和混凝土材料的本构模型，裂缝采用分布裂缝模型，取坝踵发生严重开裂的奥地利２００ｍ高的Ｋｏｌｎｂｒｅｉｎ双曲薄拱坝作为算例，计算所得的开裂区域与实际情况符合较好。     

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。     

碾压混凝土拱坝封拱温度场的仿真分析

混凝土坝的裂缝是一个带有普遍性的现象,因此有"无坝不裂"的说法。在大坝裂缝事故中,除少数裂缝是因结构不合理或地基不均匀沉降引起之外,大部分是由温度应力引起的。目前,普遍采用的拱梁分载法计算拱坝温度荷载难以描述拱坝在荷载作用下开裂状态。基于这一点,本文采用ANSYS有限元数值仿真技术、考虑混凝土材料的非线性,对某处于初设阶段的碾压混凝土拱坝采用混凝土多参数强度准则(非线性有限元法)进行计算。根据初设阶段资料和混凝土拱坝设计规范的要求对大坝关键部位进行等效应力计算并分析坝基面开裂状况,并对大坝封拱温度取值进行专门分析。在满足应力控制标准和施工可行的情况下提出合理的特征拱圈封拱温度值,以供设计人员参考。     

厅子塘水电站砌石拱坝结构三维有限元分析

根据浆砌石坝设计规范和混凝土拱坝设计规范,结合云南厅子塘水电站细石混凝土砌石双曲拱坝工程特点,采用三维有限元方法,对拱坝体在多种荷载组合的工况条件下的坝体应力和变形进行了研究。研究结果表明,砌石双曲拱坝坝体的应力及变形均符合有限元计算一般规律,坝体最大位移在允许范围内,坝体上游面应力偏大,但在进行有限元等效应力核算后,计算研究结果在规范允许范围内。     

混凝土坝抗震加固中钢筋混凝土的动力本构模型

基于复合材料细观力学和混凝土塑性损伤理论,针对混凝土坝抗震钢筋的分布形式和钢筋混凝土材料的力学特征,提出了钢筋单方向分布情况下钢筋混凝土材料的等效模量、等效强度的简化公式,在此基础上建立了整体式钢筋混凝土动力本构模型,并以Koyna坝为例,根据配筋前坝体的地震塑性损伤分析设置了配筋方案,分别运用整体式和分离式钢筋混凝土动力本构模型对该坝进行配筋计算,并进行了三维非线性地震响应时程分析,得到了两种不同配筋条件下坝体的拉应力损伤因子分布及坝顶动位移响应。结果表明,两种模型计算结果比较接近,配筋抗震措施能够明显地减小坝体损伤区的范围,整体式钢筋混凝土动力本构模型在满足计算精度的前提下可提高计算效率、简化模拟计算。     

高拱坝坝踵混凝土首条裂缝开裂宽度研究

基于混凝土侧向渗透系数与轴拉应变试验曲线、立方定律,通过建立开裂扰动区域流量守恒等式,推导了处于高压水环境下的高坝坝踵混凝土,在上游某额定水头作用下首条裂缝的开裂宽度,以及开裂扰动区域的范围。结果表明,高拱坝坝踵混凝土等级不同,首条裂缝的宽度也不同,但均处于1 E－04 m量级;开裂扰动区域的深度亦不同,但处于1 E＋01 m量级。     

七里坝水库拱坝裂缝成因分析

七里坝水库处于高山峡谷地区,为运行多年的病险水库。其拱坝为下游面加厚的单曲拱坝,坝体存在横向裂缝和水平裂缝,进行了2次除险加固。在进行第2次除险加固灌浆施工过程中沿新老坝体接触面产生了新的纵向裂缝和横向裂缝,严重危及拱坝安全。本文对拱坝第2次除险加固裂缝的形成原因进行了分析,得出了裂缝的产生是由于自流式灌浆浆液的压力造成坝体开裂的结论。     

中国是世界拱坝大国也是世界拱坝强国——在《特高拱坝建设总结及安全运行管理研究》会议上的发言

中国拱坝数量占全世界的40%,数量最多;世界最高的三座拱坝都在中国,因此中国是世界拱坝大国。中国解决了岩溶地区拱坝防渗、狭窄河谷拱坝大流量泄洪等技术难题,发展了碾压混凝土拱坝筑坝技术。中国学者首创大坝混凝土标号分区技术,首创混凝土坝温度应力理论体系,解决了大坝裂缝这一世界性难题;建立了拱坝优化理论、混凝土坝仿真分析方法、混凝土坝有限元等效应力方法、混凝土坝数值监控方法等,在拱坝设计和科研上取得了全世界最多的重要成果,因此中国既是世界拱坝大国,又是世界拱坝强国。     

高混凝土坝温控防裂研究进展

本文从仿真分析理论方法、典型裂缝成因及防裂措施、高拱坝及RCC坝温控防裂要点、智能温控4个方面介绍了高混凝土坝温控防裂研究进展;开发了可模拟9个过程、3场耦合、3个非线性的SapTis仿真软件系统,并针对精细建模、计算规模大等要求进行了并行化开发;分析了混凝土坝典型部位的仓面裂缝、劈头裂缝、廊道裂缝及下游面裂缝,并提出了防治措施;给出了高拱坝及RCC重力坝的温度控制要点,主要包括高拱坝的通水冷却设置应重视强调中期冷却并严格控制降温速率,碾压混凝土重力坝应淡化基础温差,强化内外温差的温控措施,智能温控技术是确保温控施工质量的有效手段,可有效避免人工控温可能出现的各种失误,提高施工质量。最后就未来亟待开展的高性能计算、早龄期热力学参数、个性化温控分区标准等问题进行了介绍。     

碾压混凝土坝诱导缝设置及拱坝诱导缝等效强度

综述了国内外部分已建碾压混凝土拱坝和重力坝设置诱导缝的实例，以及在拱坝和重力坝中设置诱导缝的差异。介绍了我国碾压混凝土拱坝诱导缝的模型试验概况、诱导缝等效强度理论研究和数值计算的现状。     

高拱坝地震损伤破坏的数值模拟

本文在假设混凝土宏观均质的基础上考虑细观不均匀性的影响,采用带残余强度的双折线损伤演化模型和带幂函数下降段的损伤演化模型,结合带拉伸截断的摩尔-库仑破坏准则,探讨了高拱坝在地震作用下的裂缝扩展和破坏形态.某即将兴建的拱坝的计算结果表明,混凝土大坝破坏主要由拉应力引起,开裂从坝顶中部开始,裂纹主要出现在坝体上部,其余部位基本保持完好.计算结果得出的最终破坏形态与模型试验基本一致.     

混凝土的温度裂缝及其裂缝稳定性初探

分析了大坝混凝土表面温度裂缝的成因、混凝土的破坏机理,以及模拟计算中的裂缝处理方法,并采用分布裂缝模型的处理方法,应用ANSYS软件对盐津桥拱坝重力墩在已知温度场下的温度裂缝进行了计算分析.还对该重力墩在温度荷载与外荷载共同作用所形成的复杂应力场下的裂缝计算分析,将其分析结果与仅仅在温度荷载作用下的裂缝分析结果进行了对比,并研究裂缝在使用期的稳定性.     

混凝土高拱坝裂缝光纤监测网络构型的优化

提出基于瑞利散射的混凝土高拱坝裂缝分布式光纤监测网络优化的目标及技术路线;针对基于瑞利散射的光纤监测网络构型的优化,进行了正交失效混凝土模型试验,发现在光纤与裂缝面交角成60°时,在大坝安全监控缝宽控制范围内光纤最小裂缝分辨率仅达到我国水利技术标准规定的1/6;指出要满足大坝裂缝监测灵敏性的要求,对于基于瑞利散射的光纤裂缝传感,应将光纤布置在与预期的裂缝面成交角小于60°的范围内。基于此,结合小湾拱坝裂缝光纤监测研究,初步提出高拱坝裂缝光纤监测网络优化的构型。     

Seismic response of concrete gravity dam reinforced with FRP sheets on dam surface

This paper aims at exploring the effects of anti-seismic reinforcement with the fiber-reinforced polymer （FRP） material bonded to the dam surface in dam engineering. Time-history analysis was performed to simulate the seismic failure process of a gravity dam that was assumed to be reinforced at the locations of slope discontinuity at the downstream surface, part of the upstream face, and the dam heel. A damage model considering the influence of concrete heterogeneity was used to model the nonlinearity of concrete. A bond-slip model was applied to the interface between FRP and concrete, and the reinforcement mechanism was analyzed through the bond stress and the stress in FRP. The results of the crack pattern, displacement, and acceleration of the reinforced dam were compared with those of the original one. It is shown that FRP, as a reinforcement material, postpones the occurrence of cracks and slows the crack propagation, and that cracks emanating from the upstream surface and downstream surface are not connected, meaning that the reinforced dam can retain water-impounding function when subjected to the earthquake. Anti-seismic reinforcement with FRP is therefore beneficial to improving the seismic resistant capability of concrete dams.     

八十自述

出生于一个知识份子家庭,1951年9月毕业于上海交大土木系后从事治淮工程,参加了我国首批佛子岭、梅山和响洪甸三坝的设计,1957年后调至中国水利水电科学研究院,从事混凝土高坝研究。采用“来自生产、高于生产、用于生产”的科研思路,坚持“勤于工作,勤于学习,勤于思考”。建立了混凝土坝温控防裂的完整理论体系,我国已在世界上首次建成数座无裂缝混凝土坝。建立了拱坝优化的数学模型,在世界上首次实现了拱坝体形自动优化。提出了混凝土徐变的两个定理、有限元等效应力、仿真计算基本方程、混凝土坝数字监控等一系列新理念、新方法,获广泛应用。共发表论文210篇、出版著作8本、获国家自然科学奖一项、国家科技进步奖两项、国际大坝会议奖一项,并荣获国家级有突出贡献科技专家称号,为我国水利行业中论文和著作被引用最多的作者之一。     

混凝土拱坝运行期裂缝与永久保温

混凝土坝施工期裂缝问题目前已基本解决,但施工期未出现裂缝的拱坝,竣工后仍可能出现裂缝,这是目前尚未解决的问题。对运行期出现裂缝的原因进行分析,提出了运行期拱坝实际温度应力的计算方法。计算结果表明,非线性温差及寒潮是引起拱坝运行期裂缝的主要原因。表面永久保温是防止运行期出现裂缝的有效方法。     

多轴等效应变损伤模型及其在混凝土坝工作性态分析中的应用

基于混凝土单轴拉伸应力应变曲线模型和四参数等效应变,给出一种修正的四参数多轴等效应变损伤模型,通过与单轴拉伸、单轴压缩、双向拉伸、双向压缩、双向拉压以及三向压缩这6种受力状态的试验资料进行对比以验证其有效性。采用该多轴等效应变损伤模型对混凝土剪切试验组合受力情况、混凝土重力坝和混凝土拱坝等结构工作性态进行数值分析,得到静力荷载下的结构损伤和应力响应,评价了结构正常工作性能及安全性。结果表明,剪切试验数值模拟结果与试验成果吻合良好,可以对以剪切为主的组合受力情况进行分析,该模型适用于复杂应力状态下的计算;典型重力坝和拱坝损伤分布区域及应力分布规律合理,该模型可以对混凝土坝工作性态及其安全性进行分析。