小湾非整体拱坝的抗震稳定性数值仿真试验研究

针对高拱坝抗震稳定性分析中坝体收缩横缝、坝肩节理裂隙岩体的接触非线性问题,本文研制开发了三维动态接触单元和用于动力非线性分析的修正中心差分法程序,对在建的小湾300m级高拱坝—坝基体系进行了三维动力非线性数值仿真分析。通过数值分析,研究了小湾高拱坝非线性特性及其对坝体抗震稳定性的影响,进而对高拱坝抗震稳定性有了进一步的认识。     

高拱坝的动力非线性分析

强地震时，高拱坝中上部因动力放大效应而成为抗震薄弱部位，各项段间的伸缩横缝难以承受较大的拱向拉应力而开裂，拱坝不能现视为整体结构而作线弹性分析。为此，以三维非线性接缝单元模拟坝体分缝，采用基于动态子结构理论的非线性动力分析方法，分析研究伸缩横缝对高拱坝地震反应的影响。研究表明，强烈地震时伸缩横缝反复张合引起显著的坝体应力重分布，大大减少开裂区附近的拱向拉应力而使坝体中部下游面的梁向拉应力有一定增加     

高拱坝伸缩横缝的开合对拱座岩体稳定的影响研究

高拱坝在强震作用下，伸缩横缝出现开裂，在一定程度上削弱了坝体的整体性能，不仅使得坝体的动力反应重新分布，坝肩岩体抗滑稳定的主要参数一拱端推力也产生很大变化，横缝的存在增加了对坝肩岩体进行抗滑稳定分析的复杂程度。本文给出了用动态子结构法计算有伸缩横缝坝体拱端推力的计算公式，并对坝体设有伸缩横缝的溪洛渡双曲拱坝的计算模型分别在人工地震波及柯依那地震波作用下，考虑库水 坝体相互作用、坝体自重、上游淤沙等因素的影响，对溪洛渡拱坝的拱端推力进行了计算，并通过拱端推力计算了拱座岩体的抗滑稳定安全系数。文中算式同样适用于其它结构。     

坝肩岩体地震残余变形对小湾拱坝安全影响

用有限元模拟拱坝坝体、非连续接触单元模拟坝肩，计算了在设计地震荷载作用下小湾拱坝坝肩残余位移和坝体应力。以拉应力达到坝体混凝土抗拉强度为控制标准，得出坝肩岩体的动力稳定安全系数。计算结果表明，小湾拱坝坝肩仍具有一定的安全度。     

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。     

超强地震作用下拱坝的损伤开裂分析

本文根据混凝土抗拉软化特性,基于混凝土塑性损伤模型,分析了大岗山双曲拱坝在超强地震荷载作用下的损伤开裂。研究采用非线性有限元的精细网格,考虑横缝非线性效应,应用时域方法分析了高拱坝在超强地震作用下的开裂形式以及损伤随着地震时程的发展情况。研究表明,拱坝在0.56g(PGA)超强地震荷载下坝体中上部梁向损伤指数达到0.9,拱坝该部位可能发生损伤开裂。同时由于损伤使坝体刚度下降导致坝顶位移与横缝开度显著增大,如横缝开度最大由16.2mm增大到36.8mm,因此需要考虑采取坝体抗震加强措施。     

鲜店拱坝右坝肩裂隙对拱坝安全的影响分析

坝肩岩体存在裂隙或软弱夹层时,坝肩岩体刚度会发生变化,坝体应力也会重新分配,从而导致坝肩岩体失稳而影响坝体稳定。本文以鲜店拱坝为实例,根据有限元法基本原理,利用ANSYS通用软件平台,建立鲜店拱坝及其地基的三维有限元弹塑性分析模型,分析拱坝右坝肩滑坡体及裂隙位置变化对拱坝稳定及应力的影响。     

设底缝对高拱坝工作性态的影响

本文用非线性有限元对小湾高拱坝(坝高292.0m)设底缝时的工作性态进行研究，模型中考虑了缝面应力与变位的非线性重调整，考虑了坝体、坝基材料非线性和底缝接触非线性的耦合，模拟了缝的开裂、滑移等非线性。对设缝深度、干缝、湿缝等对高拱坝拱冠、坝踵和坝肩等关键部位的位移场和应力场的影响进行了分析研究，并对设缝前后建基面、坝踵附近的开裂区和屈服区进行分析，研究结果表明，设底缝可以有效地降低高拱坝坝踵的梁向拉应力，对坝踵附近应力影响较大，坝体其它部位应力和位移变化不大。     

紧水滩电站混凝土拱两岸横缝开裂的有限元数值分析

以紧水滩水电站混凝土拱坝两岸横缝监测开裂的实际情况为例,采用ANSYS有限元软件,考虑混凝土材料非线性和横缝接触非线性,分析了两岸坝肩横缝开裂对拱坝工作性态的影响,并对横缝开裂对坝体安全影响做出综合评价。     

地基辐射阻尼对高拱坝非线性地震反应的影响

本文建立了一种拱坝-地基-库水系统地震反应分析的非线性有限元模型,可以同时考虑无限地基的辐射阻尼、坝体混凝土损伤开裂非线性和坝体横缝非线性等影响高拱坝地震反应的关键因素。利用所建立的有限元模型,以我国拟建的大岗山高拱坝为例,分析研究了地基辐射阻尼对坝体混凝土损伤开裂和坝体横缝开度的影响。结果表明,地基辐射阻尼可以明显减小强地震荷载作用下,坝体中上部的损伤开裂程度和坝体横缝的最大张开度,并改变其分布规律。     

地震危险性分析和地震动输入机制研究

结合溪洛渡,小湾等水电工程,研究300m级高拱坝抗震设计中的基础性问题：场址地震危险性分析中不确定性因素的影响分析,重大工程设定地震的确定,设计地震运输入机制等,建立了中国水利水电强震记录数据库,首次将地理信息系统（GIS）高新技术用于水库诱发地震危险性预测分析。本专题成果成大型高拱坝工程的抗震设计提供了一套更合理,具有实用价值的科学方法。     

高拱坝抗震设计研究进展

本文概述了高拱坝抗震面临的关键技术问题和国内外的研究动态，简要介绍了近年来我国各有关单位结合小湾、溪洛渡等工程对高拱坝抗震进行攻关研究的目标和思路，以及当前研究的进展。内容包括拱坝体系作为宫续介质的地震反应和坝肩抗稳定方法及其在小湾拱坝工程中的实际应用，拱坝整体和有缝模型的动力试验；拱坝体系作为离散介质的地震及反应和坝肩抗震稳定分析方法；厚淤砂时坝面动压影响；以及拱坝随机震动场作用下的反应分析。     

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。     

小湾特高拱坝蓄水初期坝肩抗力体变形特性研究

以原型监测数据为基础,采用综合对比分析、FLAC^3D数值计算、逐步回归、人工神经网络等多手段相结合的方法,对小湾特高拱坝坝肩抗力体蓄水初期变形特性进行分析和评价。定性分析成果表明,截至1160 m高程库水位,坝肩抗力体在蓄水过程中变形量级非常小,随着水位的上升,坝肩抗力体整体上微微有向下游和向山体内变形的趋势,且变形逐渐收敛。基于有限元计算成果、实测值的混合模型分析成果表明,库水位是分析时段内引起抗力体变形的最主要因素,在1160 m蓄水位条件下,抗力体处于稳定状态。根据模型预测1170 m水位工况条件下,抗力体变形也将处于可控状态。     

特构斯河山口引水枢纽的引水防沙设计及试验研究

通过特克斯河口引水枢纽的试验研究，解决了常遇洪水低水位运行时河流两岸的引水问题，优化了水平县板特结构形式，收到了较好的引水防沙效果，为县板分层式引水枢纽工程设计提供了新经验。     

小湾拱坝坝肩稳定平面地质力学模型试验研究

小湾水电站是澜沧江中下游河段梯级开发的“龙头”水库,大坝为292 m高的双曲拱坝,坝址具备修建高拱坝的优越地形条件,但地质条件较为复杂。针对小湾拱坝1210 m高程坝肩的地形地质条件,对坝肩未进行加固处理方案,采用地质力学模型试验方法,抓住影响坝肩稳定的主要因素,利用超载法进行破坏试验研究,分析坝体及坝肩变形分布特征,探讨坝肩失稳的破坏过程、破坏形态和破坏机理,确定坝肩超载稳定安全度。     

强震区高拱坝跨横缝钢筋的局部变形分析

从宏观意义上，已有研究表明，跨横缝布置钢筋可有效地控制横缝开度，增强高拱坝在强震作用下的整体性。但钢筋与混凝土之间的局部变形特性将直接影响跨缝钢筋的控制效果。以小湾拱坝为工程背景，在已有宏观研究成果的基础上，对跨缝钢筋与周围混凝土的粘结滑移特性以及三维非线性变形特性进行了研究，研究结果论证了横缝配筋抗震措施的可行性，为这一抗震措施的初步设计和工程应用提供了有价值的参考。     

小湾拱坝设计及基础处理

小湾拱坝动静应力水平较高，在拱坝体型优化及应力分析中采用多种数值分析方法和模型试验进行深入研究，特别是对于高拱坝坝踵可能出现的开裂问题和抗震问题开展了一系列攻关研究，并采取了相应的工程措施。坝肩稳定是高拱坝安全的关键，针对存在于坝肩抗力岩体内的地质缺陷，首先采用多种数值分析方法和模型试验对抗滑稳定性和变形稳定性进行深入研究在此基础上，从安全可靠、经济合理以及可实施性等方面充分论证和分析比较各种加固处理措施，综合确定了实施方案。     

底缝对高拱坝地震反应影响的研究

作为减少坝踵部位拉应力的一个工程措施，在拱坝上游底部设置人工底缝已有４０年的历史，然而，强震时底缝对高拱坝抗震性能的地震反应影响的机理和程度，为人们所关注。本文首先通过大型地震模拟振动台的大比尺动力模型试验，比较验证基于显式有限元结合人工透射边界的波动模拟方法与动接触力理论相结合开发的大坝非线性波动分析方法和程序；继而采用经试验验证程序，研究小湾高拱模拟底缝的地震反应。结果表明：底缝影响是局部的，