Research advance in safety analysis methods for high concrete dam

High tensile stresses occurred in high concrete dams and in their foundation lead to the growing importance of their safety with the increase of concrete dam height. Without any exiting specification or successful experiences of concrete dams up to 300 m at home and abroad for reference, experts feel obliged to figure out how to perform safety analysis on high concrete dam. This paper involves the main contents and mechanical features of the safety analysis on high concrete dam and shows the current state and progress of the analysis methods. For the insufficiency and problems existing in normative methods, study on modern numerical method such as finite element method must be strengthened to find out the stress control criterion which is in accordance with the methods. Two aspects of the safety analysis of high dam—local damage from material level and integral destruction from structure level—should be considered. For the local damage, we should consider the non-homogeneity of material and strengthen the research of meso-damage mechanics. While for integral destruction of the system of high dam and its foundation, a study on non-strength theory should receive enough concerns. Further, attention should be paid to the research on the failure modes and criterions of high concrete dam failure analysis and safety evaluation, and the effect of uncertainty and classification of safety should be considered too.     

基于跨尺度精细方法的面板坝面板损伤演化尺寸效应分析

中国面板坝建设规模正突破200~300 m级跨越,研究地震面板损伤破坏对特高坝抗震性能和安全控制具有重要意义。引入Quadtree跨尺度建模和非线性SBFEM-FEM耦合分析方法,联合土体广义塑性模型、弹塑性接触模型和混凝土塑性损伤模型,研究了高面板坝面板地震精细损伤演化过程。研究表明：面板损伤区主要发生在高程0.6H~0.9H区间附近;随顺坡向网格细化,损伤越趋局部化,越能合理地反映面板顶部的损伤破坏现象,建议顺坡向面板尺寸取0.5~1.0 m。面板大部分区域法向划分2层或1层网格可满足计算精度,但对顶部局部区域,可考虑分3层网格。基于Quadtree-SBFEM-FEM的跨尺度分析方法,实现了面板的精细化损伤演化规律研究,可为工程地震薄弱区域的精准定位和抗震安全控制方法的有效性分析提供重要参考和指导。     

高混凝土面板坝流变分析

推导了高围压下的幂函数流变本构模型在三维有限元分析中的具体算法和实现步骤.根据该流变模型对水布垭面板堆石坝进行了流变分析.结果表明,考虑堆石流变后的坝体沉降有明显的增加,对面板的应力变形状态有较大影响,对于高面板堆石坝,选用合适的流变模型正确模拟堆石体的流变变形及发展规律,对减小面板的裂缝和脱空具有重要意义.     

大坝防洪安全的风险分析

综合考虑水文、水力不确定性因素及调洪起始水位、调洪规则可选择性等对大坝防洪安全的影响 ,采用随机模拟方法计算大坝防洪安全综合风险率。应用一阶季节性自回归模型对入库洪水进行模拟 ,应用三角分布和正态分布描述水力不确定性对泄洪能力的影响 ,给定调洪起始水位和调洪规则 ,经过水库调洪演算 ,得到水库最高调洪水位随机分布和洪水漫顶风险率。实例结果表明 :水文因素是水库防洪风险的主要影响因素 ,水力因素、调洪规则、起调水位对水库泄洪风险有一定作用     

基于率性损伤模型的混凝土重力坝地震响应分析

为研究混凝土材料动态力学特性与应变率的关系,引入损伤张量随应变率的变化建立了应变率相关的砼非线性损伤模型,并对一混凝土重力坝的地震响应进行了分析．结果表明,在地震过程中的混凝土应变率变化使得结构各处的强度和刚度提高的程度不同,对结构控制部位的响应和安全性评价有重要影响．     

基于损伤本构关系的高拱坝安全度评价方法

基于损伤本构关系的非线性有限元能较为精确地模拟拱坝的实际工作性态,主要依据大坝的变形和应力分布及大小、损伤破坏情况等对坝体安全进行评价.但也存在一些问题,如以建基面相对损伤面积作为控制指标时,要先确定建基面的容许损伤范围.在介绍了损伤本构关系的基础上,提出了以大坝整体刚度不改变为基准的建基面容许相对损伤面积确定方法,为损伤本构关系用于高拱坝安全度评价的控制标准提供了一个新的思路,并以溪洛渡高拱坝为例进行了计算.     

考虑地基非线性的混凝土高坝地震损伤研究

针对传统的线弹性模型不能准确模拟强震区碾压混凝土重力坝的地震响应问题,本文分析了坝体和地基同时考虑材料非线性时的鲁迪拉碾压混凝土坝地震损伤特性,其主要结论如下:地基岩体和坝体均采用非线性材料时,与坝趾相接处的地基产生损伤开裂,并随着地震动的持续,损伤裂缝逐渐向地基深度方向扩展,从而使得坝体应力重新分布,坝基交界处的应力集中释放,导致坝基交界处不会产生地震损伤。因此,坝体产生的地震损伤区域和损伤程度均有所减小,使坝体更偏安全,其结果更接近实际。     

混凝土坝服役寿命仿真分析的研究现状与展望

混凝土大坝的耐久性与服役寿命评估将成为21世纪我国坝工界的重大理论和技术课题.重点规划了以整体稳定性为基准的混凝土坝服役寿命仿真分析理论体系,并对混凝土材料与岩体的结构衰变、控制性结构面疲劳损伤、关键防渗体系衰变、关键加固体系衰变、大坝-坝基多物理力学场的空间分布规律、大坝-坝基多物理力学场的时间演进、寿命终止(或退役)的监控预警指标等问题的研究现状进行了总结评述.最后提出了建立混凝土坝服役寿命仿真分析理论体系的若干关键科学问题.     

基于Petri网的高混凝土坝施工机械配套优化仿真

高混凝土坝施工过程中,施工机械配套问题的复杂多样性是影响施工的瓶颈.在将高混凝土坝施工过程抽象为一个复杂多级有限源随机服务系统的基础上,将施工机械作为库所的元素,元素状态的变化过程作为变迁,根据施工过程中库所和变迁之间的逻辑关系构建了高混凝土坝施工系统的赋时Petri网仿真模型,并利用面向对象的仿真方法编制了该模型的仿真程序.仿真计算结果分析表明,该模型能够有效地解决施工过程中施工机械之间相互关联、制约、同步和资源共享等问题,优化了施工机械的配套方案,较好地反映了施工机械状态的动态变化情况.     

碾压混凝土坝可靠性分析

以碾压混凝土坝为对象 ,利用随机有限元方法 ,研究了坝体及坝体层面的可靠性 ,得出若干规律 ,可供工程设计参考 .     

Study on real working performance and overload safety factor of high arch dam

Considering the fact that high arch dams have problems such as complicated stress,high cost,and hazards after being damaged,this paper intends to study the effects of load,material strength,and safety analysis method on dam safety and working performance of arch dams.In this article,the effects of temperature,self weight exaction way and water loading on structure response are first discussed,and a more reasonable way of considering is then put forward.By taking into consideration the mechanical property of...     

混凝土坝施工过程仿真分析若干问题探讨

从材料参数描述、施工参数描述、计算规模与速度、力学模型描述、结构边界变化等几个方面论述混凝土坝施工过程仿真分析面临的主要困难 ,并探讨了解决问题的可能途径 ,为进一步开展混凝土坝施工过程仿真分析研究提供参考 .     

Fluid-solid coupling model based on endochronic damage for roller compacted concrete dam

According to the characteristics of thin-layer rolling and pouting construction technology and the complicated mechanical behavior of the roller compacted concrete dam （RCCD） construction interface, a constitutive model of endochronic damage was established based on the endochronic theory and damage mechanics. The proposed model abandons the traditional concept of elastic-plastic yield surface and can better reflect the real behavior of rolled control concrete. Basic equations were proposed for the fluid-solid coupling analysis, and the relationships among the corresponding key physical parameters were also put forward. One three-dimensional finite element method （FEM） program was obtained by studying the FEM type of the seepage-stress coupling intersection of the RCCD. The method was applied to an actual project, and the results show that the fluid-solid interaction influences dam deformation and dam abutment stability, which is in accordance with practice. Therefore, this model provides a new method for revealing the mechanical behavior of RCCD under the coupling field.     

高碾压砼重力坝层面失稳破坏的模拟分析

以龙滩高碾压混凝土重力坝为工程背景,对高碾压混凝土重力坝的水平软弱层面,从局部裂缝扩展到整体破坏的全过程进行了模拟分析.在充分考虑到碾压混凝土的多相非均匀性细观结构特征的基础上,运用材料破坏全过程的分析软件系统MFPA2D对高碾压混凝土重力坝进行了分析,模拟给出了高碾压混凝土重力坝破坏过程的应力以及破坏单元分布图,并对碾压混凝土重力坝的破坏过程进行了分析.结果表明,裂缝扩展的第二阶段为破坏过程的关键阶段.     

小河面板堆石坝应力与变形分析

采用邓肯模型对小河面板堆石坝竣工期和蓄水期进行了三维有限元计算,接触面用弹粘塑性本构关系的节理单元进行模拟,分析了不同时期坝体及面板的应力变形情况.计算结果表明,坝体最大横断面的最大沉降值约为坝高的0.54%,面板周边缝位移的绝对值都小于8 mm,大坝应力变形满足安全要求.     

新浇大坝基础混凝土爆破安全震动速度研究

在考虑动荷载效应、微裂隙影响、骨料粒径效应等因素对混凝土极限拉应变影响的条件下,提出了全级配混凝土容许拉应变计算公式.在此基础上,结合早期混凝土力学性能及拉应变增长规律,推算了新浇大坝基础混凝土7d内的爆破安全峰值震动速度.与水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范比较,发现现行规范规定的龄期超过1d的新浇筑混凝土的容许质点峰值震动速度偏于安全,而龄期小于1d的容许质点峰值震动速度则较理论推算值大,可能会引起工程质量事故.     

浇筑式沥青混凝土心墙堆石坝的应力分析

结合沥青混凝土心墙堆石坝的结构特点 ,对堆石坝体、刚性副墙、沥青混凝土心墙分别采用了合理的计算模型 ,提出了刚性副墙与心墙接触面的模拟方法 ,研究了心墙的局部应力问题 ,并用该方法对某沥青混凝土心墙坝进行了计算 ,得出了一些规律性结论 .     

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.     

减少高强混凝土中未水化水泥的方法研究

双掺、三掺方式可以保证混凝土在大掺量矿物掺合料条件下仍具有良好的工作性、较高的强度 ,同时还可以显著提高硬化混凝土密实性 ,有效改善水泥石 集料界面区结构 ,从而减少了硬化混凝土中未水化水泥数量 ,抑制了外界水分的渗入 ,最终消除了未水化水泥日后的水化对混凝土的危害