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。     

基于两类横缝接触模型的拱坝非线性动力响应研究

本文基于主、从接触面的接触边界方法,采用限制接触面切向滑移的弹簧单元,模拟切向完全约束的高拱坝横缝在地震动荷载作用下张开、闭合的非线性力学行为,并应用有限元隐式迭代方法求解结构的动力响应。为了适应拱坝计算,文中对基于接触边界的ABAQUS模型进行了功能扩展,包括引入弹簧单元约束切向滑移、嵌入有限元库水附加质量等。通过讨论接触边界与接触单元模型的有限单元格式,比较了两类接触模型的特点。分别采用该模型与基于接触单元法的ADAm88模型模拟某拱坝的动力响应,两者得到了基本一致的规律：结点位移与横缝开度吻合良好,动位移与开度时程反映出相同的动力响应周期,二者都反映出横缝张开引起的拱向拉应力释放和梁向应力的增加。通过计算验证了ABAQUS模型在拱坝动力计算方面的适用性,说明该模型适合作为一个扩展平台嵌入其他的本构、边界模型以全面模拟实际拱坝的动力特性。     

坝体和库水及坝基相互作用动静力分析研究

国家“八五”攻关高拱坝建设关键技术方面的研究内容主要包括：岩体裂隙渗流与高拱坝稳定性分析；高拱坝三维非线性开裂计算方法研究；高拱坝抗震设计；拱坝可靠度分析；高拱坝安全监测自动化、反馈分析及专家系统等。研究成果在多方面取得突破，提供了先进的分析计算方法，把我国高拱坝设计水平提高到了一个新的高度。     

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。     

考虑横缝接触耦合坝体材料非线性下的拱坝损伤开裂分析

考虑拱坝横缝非线性接触在地震荷载下所呈现的张合特征,耦合坝体混凝土材料在地震动拉-压循环荷载作用下应力-应变呈现的非线性软化特征,综合研究了多因素影响下的高拱坝损伤开裂情况。研究结果表明:在施加超强地震荷载作用后,试验设计条件下张合效应最为突出的是拱坝中缝;同时随着地震峰值加速度的增大,坝体损伤加剧并导致横缝的张合出现一定的残余开度;在0. 6g地震峰值加速度工况下,坝体出现贯穿裂缝且主要位于拱坝的中上部。     

采用接触模型的高拱坝动力非线性分析

该文以有限单元法为基础,采用接触模型模拟超高拱坝相邻坝段之间的横缝以及上游坝踵处的诱导缝;通过地震响应时程分析发现,横缝及诱导缝在强震中呈张开——闭合的反复运动,可以有效的释放应力;其中横缝的存在可以极大降低地震作用时坝体中部坝段中上部的拱向应力,诱导缝则明显降低上游坝踵处铅直向拉应力。     

小湾拱坝设诱导缝对坝体应力变形的影响

对小湾拱坝底部设诱导缝进行了模拟,应用三维有限元方法对小湾拱坝底部设诱导缝和不设诱导缝的拱坝坝体的应力变形进行了计算分析.结果表明：设置诱导缝,能有效地改善坝踵附近的应力分布,且对拱坝的整体稳定安全度影响很小.     

高拱坝横缝对坝体动力超载能力的影响研究

应用混凝土塑性损伤模型考虑材料非线性、应用动接触模型考虑横缝接触作用,对乌东德双曲拱坝的动力超载能力进行数值仿真。结果表明:乌东德拱坝在不考虑横缝作用时的动力超载能力为1.5倍的设计地震,而考虑横缝后的动力超载能力为2.5倍的设计地震。对比考虑横缝前后的分析结果,认为在对拱坝进行动力超载能力分析时,横缝影响不可忽略。     

地基对设底部诱导缝拱坝坝体应力变形的敏感性分析

对某拱坝底部设诱导缝进行了模拟,应用有限元方法对不同地基条件下设底部诱导缝的拱坝坝体的应力变形进行了计算分析。结果表明:地基对设置底部诱导缝拱坝的应力应变的影响非常显著。     

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     

基于非线性有限元法的高拱坝坝肩岩体抗滑稳定分析

高拱坝的安全性在很大程度上依赖于坝肩岩体的稳定性,目前在设计中,高拱坝坝肩岩体稳定性分析方法主要是刚体极限平衡法,但该法不能考虑岩体的应力-应变关系,不能很好地反映坝肩岩体的破坏机理以及拱坝与坝肩岩体的相互作用效应。本文从摩擦理论和矢量几何出发,导出了三维可能滑体的抗滑稳定安全系数计算公式,并通过等参逆变换的方法,将非线性有限元法的计算成果纳入到所建立的公式中,形成了“基于非线性有限元的高拱坝坝肩岩体抗滑稳定分析方法“。具体工程的应用成果表明,所给出的基于非线性有限元的坝肩岩体抗滑稳定分析方法充分反映大坝与坝基岩体的共同作用效应,是进行高拱坝坝肩岩体稳定性分析的一种有效方法。     

有横缝高拱坝的动力接触模型及其数值解

本文提出了地震作用下有横缝高拱坝的动接触模型,并对这一强非线性模型进行数值计算。该动态接触模型是基于有伸缩横缝拱坝在地震作用下其响应所呈现的非线性摩擦接触特性,应用接触力学分析方法建立的,能够充分地反映高拱坝横缝的张开 闭合 摩擦力学过程的分析模型。结果表明,采用本模型的计算效率较高、收敛性有保证,结果合理、可靠。     

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。     

沙牌高RCC拱坝坝肩稳定性分析

结合沙牌ＲＣＣ 拱坝地形、地质条件，针对含断续节理裂隙岩体的强度呈现明显方向性的特点，建立了包络多种破坏模式的强度模型。运用三维非线性有限元数值分析方法，研究坝肩（ 基） 岩体的超载特性与整体稳定安全储备，并对坝肩（ 基） 岩体及裂隙面强度参数进行敏感性分析。     

高混凝土坝设计计算方法与设计准则

本文主要介绍“七五”国家科技攻关17—02—02专题在高拱坝合理体型与优化设计、应力与稳定分析方法、拱坝抗震设计、大体积混凝土材料特性、拱坝可靠度分析、高混凝土拱坝设计准则,以及高水头大直径压力钢管的合理布置与结构设计等方面的研究成果。研究针对我国高拱坝设计中存在的关键技术问题进行了全面论述与分析,为提高设计水平、完善与配套设计方法、改进设计准则提供了科学依据。     

高土石坝动力反应的敏感性分析

目前高土石坝抗震设计一般要进行坝体动力敏感性分析,但分析方法还没有共识。为此,以典型200m心墙堆石坝为例,进行了土石坝动力敏感性分析,分析结果表明,坝料动力特性取模量比衰减的上限曲线和阻尼比增长的下限曲线进行组合,坝体的动力反应和地震永久变形均最大,建议作为坝体抗震设计的控制工况。     

抗震钢筋对高拱坝抗震性能的影响

依据小湾拱坝伸缩横缝间布设抗震钢筋方案、特点和要求,围绕抗震钢筋对大坝抗震的影响展开研究,内容包括抗震钢筋种类的选择、温度影响、配筋方式、部位、数量的布设、方案的效果检验及其优化、以及布设预应力钢束的效果等,并提出了这些抗震措施对坝体横缝张开度的影响。研究结果认为在提供上、下游面各布设6层含钒抗震钢筋能有效减小地震时上游横缝的张开度,采用穿越横缝的抗震钢筋是有效的抗震措施。