强震作用下小湾拱坝横缝变形控制研究

在已有研究成果的基础上，以世界上第一高拱坝——292m高的小湾拱坝为工程背景，研究了横缝配筋的控制措施和高拱坝强震横缝变形控制的原则和分析方法，提出了考虑钢筋与坝体混凝土相互作用的横缝配筋三维动力非线性数值模型，对设计地震作用下的小湾拱坝进行了三维动力非线性分析，论证了该控制措施的有效性和可行性，并据此对小湾拱坝横缝配筋的布置进行了探讨，以期为高拱坝的强震控制提供有益的参考。     

拱坝有缝坝体-坝基系统的非线性抗震分析

本文将坝体和坝肩裂隙岩体作为允许局部开裂和大变形的非线性连续体，用动态接触单元模型进行概化模拟，对小湾高拱坝坝体-坝基系统在高水位运行期遇设计地震荷载作用时的动力反应进行了非线性数值计算，研究了横缝对坝体应力、变形的影响，并对坝肩裂隙岩体的抗震稳定进行了分析评价，数值分析表明：横缝对拱坝坝体的应力和变形影响显著，坝肩潜在滑面的开裂和滑移导致坝体应力增大，坝体的抗震安全性降低，但在运行期高水位遇设计地震荷载时坝体和坝肩裂隙岩体整体稳定。     

高拱坝地震反应与抗震安全性评价

目前，抗震设计已成为高地震烈度区修建特高拱坝的控制性技术难点。“八五”期间结合我国近期将开发的重点工程──高２９２ｍ的小湾拱坝对抗震设防概率标准及抗震可靠度设计；拱坝坝体－地基－库水动力相互作用分析的现场试验验证；伸缩横缝对高拱坝强震反应的影响；及小湾坝址场地对地震动的影响等问题进行了抗震技术攻关研究。在完成上述基本理论和试验研究的基础上，对小湾拱坝进行了分析，得到了在考虑上述因素后的地震反应，并对小湾拱坝的抗震安全性作出评估。     

高拱坝计震反应与抗震安全性评价

目前，抗震设计已成为高地震烈度区修建特高拱坝的控制性技术难点。“八五”期间结合我国近期将开发的工程－－高２９２ｍ的小湾拱坝对抗震设防概率标准及抗震可靠度设计；拱坝坝体－地基－库不动力相互作用分析的现场试验验证；伸缩横缝对高拱坝强震反应的影响；及小湾坝址场地对地震动的影响等问题进行了抗震技术攻关研究， 完成上述基本理论和试验研究的基础上述基本对小湾拱坝进行了分析，得到了在考虑上述因素后的地震反应，并     

一种综合强度和稳定的高拱坝—坝肩抗震安全评价方法

借助大型有限元程序ADINA及其二次开发功能,通过引入动接触模型,并充分利用极限平衡法和有限单元法这两种分析方法的优点,研究了基于有限元数值应力场的动接触极限平衡法和以坝体动力响应为安全判定主体的分析原则,提出了一种综合强度和稳定的高拱坝—坝肩抗震安全分析方法,建立了能够有效反映高拱坝系统真实工作性态的非线性数值分析模型。据此,深入分析了某高拱坝工程在强震作用下的抗震安全性。该分析方法可以反映整个高拱坝—坝肩系统真实的动态响应,分析结果具有更高的可信度。     

小湾高拱坝坝肩（基）动力稳定分析

本文采用刚体弹簧元法，分析了小湾双曲拱坝左右岸５８个可能滑动体在地震作用下的动力稳定系数。结果表明，小湾高拱坝坝肩动力稳定性可以满足设计要求，但应注意加强高高程的抗震措施。     

基于动接触力法的拱坝坝肩抗震稳定有限元分析

本文提出了应用基于动接触力方法的显式有限元技术进行拱坝坝肩抗震稳定分析的新思路，给出了相关公式。新的分析方法，将坝肩岩体、地基、坝体和库水作为一个统一体系进行动力分析计算，能有效地考虑坝肩可能滑动块体与坝体的动力相互作用，较真实地反映拱坝和坝肩受到地震作用的实际状态，并对小湾拱坝坝肩震稳定进行了分析研究。结果表明：在设计正常水位情况，小湾拱坝的地震作用超载安全系数约为1.3；在设计地震作用下，小湾拱坝的“降强安全系数”仅为2.58，而仅考虑静载作用时，即使以拱坝坝端应力不超过静态抗拉强度作为达到极限状态的工程判别定量标准，其坝肩的静态“降强安全系数”也高达4.0以上。因此，地震的作用使安全系数有较大降低。小湾拱坝坝肩抗震稳定是安全的，但安全裕度不高。     

拱坝—可压缩库水—地基地震波动反应分析方法

本文采用理论数值模型严格模拟可压缩库水与拱坝、地基间的动力相互作用，提出了一种拱坝—可压缩库水—地基系统地震波动反应的时域显式分析方法.针对位于Ⅸ度地震设防区、坝高292m的小湾高拱坝，用本文方法进行了地震动力反应分析，得到如下结论：考虑库水可压缩性将显著降低对小湾拱坝抗震起关键控制作用的部位的动拉应力，降低幅值可达45%，表明附加质量模型过分夸大了小湾拱坝的地震动应力反应，对小湾拱坝的抗震安全评估是不合理的.     

小湾拱坝温度场及温度应力全过程仿真研究

小湾拱坝作为高拱坝,其温控防裂是保证坝体正常施工和安全运行的重要措施。采用三维有限元法对小湾拱坝22号坝段施工期温度场及温度应力进行全过程仿真分析,得到了其温度场及温度应力变化的一般规律。仿真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,仿真结果对小湾高拱坝的温控设计有参考价值。     

强震作用下特高拱坝非线性地震反应分析

研究采用等效一致黏弹性边界单元模拟拱坝无限地基辐射阻尼效应,给出了人工边界节点上等效地震荷载的计算公式,实现了拱坝-地基系统的地震动输入。以我国某特高拱坝为例,建立了拱坝-地基三维有限元分析模型,精细模拟了坝体体型、横缝、河谷形状、各类岩体以及主要地质构造。采用时程分析方法,综合考虑无限地基辐射阻尼效应、拱坝-库水动力相互作用、拱坝横缝动力接触非线性效应等因素,分析了拱坝-地基系统在强震作用下的动力响应,对拱坝抗震安全性进行了评价。研究成果为高拱坝设计提供了参考。     

非整体拱坝结构分析研究

本文介绍了二种不同的接缝模型，并用以模拟拱坝横缝，进行了非整体拱坝有限元分析.分析结果表明：计算中考虑分期施工，对拱坝应力有明显影响；拱坝中的横缝虽经压力灌浆并设置键槽，仍有可能拉裂或剪坏，引起坝体内应力重分布，从而改变拱坝整体应力状态，同时横缝的影响与坝体的厚度和气候条件有关，因此应进行非整体拱坝的非线性分析.文中还分析了灌浆质量对坝体应力的影响，计算结果表明，只要浆体灌进了接缝，浆体质量对坝体应力和变形的影响是很小的.本文最后还对二种不同的接缝模型进行了比较，二者计算结果基本相同.     

小湾拱坝横缝配筋的非线性地震反应分析

小湾拱坝是待建的世界上最高的拱坝，由于强震作用下横缝张开对止水和坝体安全不利，是否采取横缝配筋的抗震加固措施是设计者迫切需要从理论上解决的问题。为此，首次将考虑横缝配筋的拱坝非线性分析模型应用于小湾拱坝横缝配筋的地震反应分析，计算结果表明，横向配筋可以显著控制拱坝横缝张开度、加强拱坝整体性并一定程度减缓由于横缝张开导致的梁向应力恶化的程度，但为防止梁向开裂，配置适量竖向钢筋仍属必要。     

下诱导缝上横缝的碾压混凝土拱坝分缝设计

云龙河三级水电站碾压混凝土拱坝坝址为典型的"V"形狭窄河谷,由于采用了通仓碾压和连续上升的施工方式,合理的分缝设计对改善坝体应力条件、保证大坝安全尤其重要。结合云龙河三级水电站拱坝的特点,首次提出了"下诱上横"的碾压混凝土拱坝分缝新技术,该分缝设计可保证施工期低高程坝体联合抵挡汛期洪水,浇筑完成后在预定位置张开成缝以利于后期封拱灌浆。经计算分析,并通过实际施工过程及运行阶段验证,该分缝设计是合理的,可为类似工程提供借鉴。     

基于温度应力仿真的碾压混凝土拱坝诱导缝开裂分析研究

诱导缝作为碾压混凝土拱坝结构防裂措施,能否在坝体温度下降时率先开裂,以消散温度应力,是控制坝体温度裂缝的关键。应用大型有限元分析软件ANSYS,采用薄层实体接缝单元模拟诱导缝,考虑施工期至运行期全过程瞬态温度荷载,通过三维有限元温度应力仿真分析和诱导缝开裂情况分析对全部采用"诱导缝"分缝形式的某碾压混凝土拱坝进行可行性研究。结果表明:坝体高拉应力区设置的诱导缝,在做好缝端处理,消除诱导缝与地基接触部位应力集中的条件下,能够有效地释放坝体应力,保证坝体在温度荷载下的运行安全。仿真分析结果可为该碾压混凝土拱坝的温度控制、裂缝预测及其预防提供参考依据。     

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。     

诱导缝技术在高碾压混凝土重力坝纵缝施工中应用的新设想

高碾压混凝土重力坝在通仓浇筑中由于混凝土的拌和能力和浇筑强度之间的矛盾,以及快速、大仓面碾压浇筑引起的温度应力问题,对高碾压混凝土重力坝实施通仓浇筑是个挑战性的问题。文中提出在高碾压混凝土重力坝施工中必要时仍可设置纵缝的观点。通过比较、分析常规混凝土重力坝纵缝灌浆系统的布置和碾压混凝土坝诱导缝灌浆系统的布置,设计出了用诱导缝技术来解决高碾压混凝土重力坝纵缝的灌浆系统布置。并且详细地分析了纵缝和诱导缝的联系和区别,肯定了在高碾压混凝土重力坝中用诱导缝技术来解决纵缝施工问题的可行性。     

全年接缝灌浆技术在拉西瓦水电工程的应用

拉西瓦水电站接缝灌浆如按常规的技术标准,难以满足拉西瓦大坝施工进度要求,经过仿真计算研究,进行了全年接缝灌浆施工的生产性试验。通过灌后质量检查分析全年接缝灌浆的可行性,全年接缝灌浆既保证了主坝总体施工进度,又为全年接缝灌浆在高拱坝施工中的应用提供了借鉴。     

引子渡水电站大坝安全监测系统设计

引子渡水电站大坝监测项目有大坝表面垂直水平变形、坝体内部垂直水平位移、横缝及周边缝变形、面板应力应变、渗流渗压监测等;水库于2003年4月下闸蓄水,已运行近一年。通过对大坝安全监测初步成果进行分析,对设计进行总结并提出建议。     

某水电站混合坝接头坝顶开裂成因分析

针对混合坝接头处存在软硬材料的接触界面并易产生坝顶裂缝的问题,以某水电站混合坝工程为例,针对其在初次蓄水后心墙堆石坝接头部位坝顶出现多处裂缝的现象,通过考虑坝料的湿化与流变特性,采用有限元耦合变形倾度法对右岸心墙堆石坝及接头坝段开展了三维数值仿真分析。结果表明:(1)蓄水引起的上游堆石湿化变形是导致接头坝顶开裂的主要原因;(2)接头部位的坝料受下部混凝土接头斜坡的支撑约束,沉降位移明显小于上游堆石,导致变形不协调,引起土体开裂;(3)坝顶沉降梯度较大是坝顶出现裂缝的主要原因,其中沿坝体顺河向的坝顶沉降梯度引起的裂缝与坝轴线平行,沿坝顶顺河沉降梯度引起的裂缝与坝轴线垂直。对比实际坝顶开裂部位,初步判断当坝顶不均匀沉降梯度0.6%时,产生开裂的概率较高。研究所得成果可为混合坝的设计施工提供参考。     

KLYML水库大坝沥青混凝土面板接头变形有限元分析

新疆KLYML水库大坝为沥青混凝土面板坝,供水灌溉洞穿过大坝中坝段,进水塔塔体置于上游坝坡之中。为了保证防渗体系的整体有效性,确保供水灌溉洞与大坝面板之间的接头能适应两者的相对变形,本文截取供水灌溉洞所在坝段,建立面板接头的有限元精细模型,对进水塔塔身与面板上游坝坡之间的接头以及大坝底部灌溉洞进水口与面板之间接头的三向变形进行计算,为接头的具体结构设计提供依据。同时,为了反映接头部位两侧结构相互作用的影响,对接头部位的摩擦系数选取两种数值进行对比分析。结果表明,供水灌溉洞与大坝面板之间接头的最大张开位移、最大剪切位移和最大沉陷值分别为5.61、3.62和3.69 cm,当进水塔和进水口混凝土结构与面板之间结合力较弱的时候,接头变形会进一步加大。