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。     

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。     

小湾拱坝模拟实际横缝间距的非线性地震反应分析

本文采用Fenves接触单元模型对小湾拱坝在地震作用下的横缝非线性特性进行了细致深入的研究，内容包括有限元网格收敛性、横缝模拟间距和模拟条数收敛性、横缝灌浆强度的影响、不同水位的影响等，文章首次采用实际横缝间距和最多达到25条的横缝模拟条数对小湾拱坝进行非线性地震分析，揭示出了许多重要工程规律。Fenves关于“拱坝横缝非线性分析中只模拟3条横缝就足够了”的研究结论，对于应力分析结果尚可成立，但要得到符合实际的横缝张开度，必须在拱坝关键部位以真实间距模拟横缝，并保证一定的模拟条数。此外，不同库水位对非线性响应影响显著，应予以考虑。     

强震作用下高拱坝横缝张开非线性反应的研究

采用接触单元模拟拱坝横缝，对高拱坝在强震作用下横缝张开的非线性反应进行了系统的研究，首先，从横缝的最大张开度，坝体的应力分布及坝体的最大位移等不同角度研究了横缝模拟条数的最佳方案；进而研究了库水位变化对横缝张开度，坝体应力和位移的影响，研究结果表明：为了有效地反映在强震中横缝张开效应对拱坝应力状态的影响，在分析中至少需要模拟3条大体均匀布设的横缝；但是，为了能充分反映横缝的强震过程中张开的实际情况，则至少需要模拟21条横缝，随着库水位的增高，拱坝横缝在强震中的最大张开度逐渐减小。     

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.     

设有横缝的高拱坝地震反应分析方法

文中介绍了两种模拟拱坝径向横缝的力学模型，应用非直接对接的自由子结构方法，在模态子空间内建立了拱坝地震反应分析的非线性动力方程，提出了考虑动水压力影响的近似计算方法。最后通过算例说明不同径向横缝模型对拱坝地震反应的影响。     

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。     

拱坝-地基破坏的数值模型与溃坝仿真

本文使用刚体弹簧元模型来模拟拱坝-地基这类非连续介质和连续介质组成的系统，对一个悬臂梁的位移场和应力场的计算并与有限元方法计算结果的对比表明，这种方法具有良好的精度.应用这一模型对玛尔帕塞拱坝的溃坏进行了仿真，重现了拱坝的破坏过程，探讨了拱坝坝肩滑动失稳的原因，计算结果表明坝肩岩体裂隙和断层的强度不足是导致整个拱坝溃毁的关键因素.     

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。     

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。     

高拱坝抗震理论分析进展

从高拱坝的抗震设防标准及动力稳定安全判定准则出发，对现有的高拱坝计算方法，如刚体极限平衡方法、刚体极限平衡与有限元结合方法、非连续变形分析（DDA）法、数值流形方法、界面元法、有限元-边界元-无限边界元耦合方法、随机有限元、人工透射边界和显式有限元法、并行算法，以及模型试验等进行了归纳．同时，还介绍了各种方法的优缺点．     

白鹤滩拱坝整体安全度的非线性分析

根据白鹤滩拱坝及其坝肩岩体的特点,建立能够反映坝体混凝土和坝基岩体相互作用的有限元模型,应用MARC软件对拱坝地基系统的应力应变进行了非线性分析,研究了白鹤滩拱坝的整体安全度、主要结构面的屈服情况和坝肩岩体的稳定性。采用强度储备法、水头超载法、水密度超载法计算的白鹤滩拱坝的整体安全度分别为3.0~3.5,1.5~1.6和2.0~2.3。计算结果表明,坝基内的结构面有屈服现象出现,左岸结构面sh5、右岸结构面C3的稳定性应引起重视,白鹤滩拱坝的整体安全度基本满足设计要求。