基于混凝土不均匀性面板堆石坝面板损伤分析

将混凝土面板堆石坝中面板混凝土视为宏观上均质、细观上不均匀的材料,结合统计学原理,考虑材料参数分布的随机性,通过二维有限元数值分析,研究了混凝土的弹性模量和抗拉强度随机性对面板堆石坝面板动力损伤分布规律的影响。计算结果表明:不考虑面板混凝土材料参数随机性时,(0.65~0.85)H(H为坝高)处面板顺坡向应力较大,拉损伤主要发生在0.8H(H为坝高)附近的面板处;随着混凝土材料不均匀性增大,发生拉损伤的部位趋于分散,但主要集中在(0.4~0.9)H范围内的面板。因此这部分面板应该是抗震设计的重点区域。采用混凝土弹脆性细观损伤模型,考虑材料参数的随机性,能够直观地阐明混凝土面板的地震破坏过程和损伤分布,便于了解面板薄弱环节,研究成果可以为混凝土面板堆石坝抗震设计提供参考。     

基于接触摩擦单元的面板坝子模型分析

考虑高面板堆石坝实际的施工特点和面板分期浇筑特点,提出采用子模型法分析面板的应力变形,而面板与挤压边墙之间的特殊边界采用基于莫尔–库仑准则的无厚度接触摩擦单元进行模拟。子模型法把面板、挤压边墙以及面板周边的混凝土趾板从面板堆石坝的整体模型中脱离出来作为研究对象,在挤压边墙的底部施加与其相连的已知垫层料位移,在面板的表面施加水压力,进行数值分析。应用子模型分析面板的应力变形最大的优点就是可以充分考虑面板浇筑前的削坡和补坡等施工程序,以真实反映面板浇筑前的初始变形条件。由于子模型的单元网格规模相对较小,因而混凝土面板可以采用精细的单元网格以真实模拟面板沿厚度方向的应力梯度分布,面板也可以采用复杂的非线性本构模型和开裂破坏准则以及考虑施工期瞬态温度荷载对面板应力的影响。同时,对面板的竖缝和周边缝也可进行详细模拟。工程数值算例结果表明基于接触摩擦单元的子模型法计算面板应力变形的可行性和实用性。     

超高面板堆石坝混凝土面板应力状态影响因素分析

面板受力特性与应力改善措施研究是高面板堆石坝研究的关键技术问题之一。影响面板受力特性的最主要因素是坝体变形,尤其是坝体后期变形。对于超高混凝土面板堆石坝,坝体后期变形大,易造成面板和面板垂直缝的挤压破坏。压型面板垂直缝采用一定宽度的柔性缝型式,可吸收压缩变形,消减面板轴向压应力。采取合理的坝体变形控制措施,合理的分缝和结构型式是改善超高混凝土面板堆石坝面板应力状态,避免或减少面板产生结构性裂缝的关键所在。     

复杂地形条件下高面板堆石坝应力变形特性研究

河谷地形是影响面板堆石坝应力变形的重要因素之一,河谷地形不同导致面板坝边界条件不同,进而影响其应力变形状态。对某拟建坝高256 m的超高混凝土面板堆石坝在复杂地形条件下的应力变形进行分析,得出不对称不规则河谷对面板堆石坝的应力变形协调性影响较大,特别是右岸古河床阶地附近的坝体和面板应力变形梯度变化较大,不利于面板的安全,设计和施工时需采取措施进行处理。并通过与两种调整方案的结果进行对比,针对性的分析了右岸古河床阶地的影响。同时左岸陡岸坡导致面板拉应力和周边缝位移较大,通过与3种调整方案的结果进行对比,分析了陡岸坡的影响程度。     

高混凝土面板堆石坝地震损伤机理研究

以紫坪铺面板堆石坝为例,基于堆石料的黏弹性模型和地震残余应变模型计算分析了高混凝土面板堆石坝的地震响应,并结合震害调查结果分析了高混凝土面板堆石坝的地震损伤机理。研究表明,输入地震加速度在坝顶附近和坝坡表面显著放大,呈现出显著的鞭梢效应,导致坝顶和下游坝坡上部堆石体松动滚落。地震导致大坝堆石体产生显著剪缩,坝体断面整体向内收缩,刚性混凝土面板与垫层料之间脱空,脱空后面板与垫层料之间的摩擦力大幅减小甚至消失,面板在自重和地震惯性力联合作用下向下滑动,致使面板水平施工缝发生错台,面板表面产生裂缝。地震还导致岸坡附近左右坝段堆石体向河谷中央位移,致使岸坡附近面板垂直接缝发生拉伸破坏,河床中部垂直接缝及附近混凝土面板发生挤压破坏。数值计算和震害调查结果均表明,高混凝土面板堆石坝的地震损伤现象主要与其堆石体地震残余变过大,以及堆石体与防渗系统之间变形不协调密切相关,故强震区修建高面板坝应尽可能提高堆石体压实密度,以减小坝体的地震残余变形。     

巴山水电站高折线面板堆石坝运行性状研究

以巴山水电站填筑及运行期的原型观测资料为依据,反演分析了坝体堆石料的非线性邓肯 E-B 模型参数,用观测资料验证了参数的合理性;以反演参数为依据,采用三维黏弹性有限元仿真计算了坝体开始填筑至经历 7.10 洪水后面板的应力变形情况,计算分析了面板连接缝变形和面板脱空、垫层料亏坡情况,分析了三期面板局部挤压破坏和裂缝的原因。分析表明：浇筑面板时堆石体沉降未收敛和初次蓄水时涨水过快是三期面板局部挤压破坏和裂缝的主要原因;经历洪水后连接板附近未出现拉应力区域,面板垂直缝及周边缝变形较小,三期面板顶部出现了轻微的脱空;面板折线处与周围变形协调性好,没有出现应力变形突变现象,设置连接板改善了面板的变形及受力状态,效果良好。     

水布垭面板堆石坝应力变形监测资料分析

土的本构关系、土与结构物相互作用机理、土工数值分析方法始终是土力学研究的核心问题,高面板堆石坝作为一个典型的土工构筑物,其应力变形实测成果对于研究上述问题是非常有意义的。依据水布垭面板堆石坝的监测资料,对高面板堆石坝的坝体变形、面板应力及面板缝的变形进行了系统分析,为堆石料本构模型的研究、堆石坝的应力变形数值分析及设计提供参考。     

300m级超高面板堆石坝变形规律的研究

采用三维有限元数值分析方法研究了300m级超高混凝土面板堆石坝的变形规律。指出坝体分区、筑坝材料特性特别是流变特性是影响超高面板堆石坝变形性状的主要因素,要重视超高面板堆石坝上游部分坝体变形的鼓肚现象。建议了合理选择筑坝材料,适当提高下游堆石区填筑标准、全断面均衡填筑、上部1/3左右坝体采用变形模量较高的坝料,待坝体变形基本趋于稳定才浇筑面板以及考虑设置面板永久水平缝等工程措施来改善超高面板堆石坝的应力变形性状。     

响应面法及其在混凝土面板堆石坝可靠度分析中的应用

坝体材料的物理参数和作用于坝体的荷载是随机变量,坝体的应力和变形呈现出不确定性。因此,对混凝土面板堆石坝进行可靠度分析是正确、合理的。由于面板堆石坝构造复杂,堆石材料具有非线性特性,使得这类结构的可靠度分析十分困难。将可靠度计算的响应面法与面板堆石坝应力分析的有限元法相结合分析混凝土面板的可靠度,并导出了有关公式。可靠度计算采用二次响应面法,面板堆石坝应力与变形的计算采用三维非线性有限元法。对一混凝土面板堆石坝,分析了面板的抗裂和抗压可靠度,得出了可靠指标的变化规律。与其他可靠度分析方法相比,该方法在提高计算精度和工作效率方面具有一定的优越性。     

超高面板堆石坝面板挤压破坏机理及数值模拟方法研究

面板挤压破坏是影响超高面板堆石坝安全的核心问题。总结分析了国内外数座典型超高面板堆石坝工程中发生的面板挤压破坏现象及特征。论述了面板纵缝转动接触挤压效应的发生机制,认为由坝体变形所导致的面板转动挤压和位移挤压是导致面板发生挤压破坏的本质原因。基于非线性接触力学的方法,自主开发了可描述面板坝复杂多体接触特性的计算方法和三维有限元计算程序系统。使用局部子结构模型对面板纵缝的转动接触挤压效应进行了分析。计算结果表明,转动挤压和位移挤压均可在纵缝两侧面板表面部位引发严重的应力集中,可从量值上解释面板发生挤压破坏时面板中部挤压应变实测值和计算值仍远低于混凝土极限抗压应变的现象。     

In-plane transversal normal stresses in the concrete face of CFRD induced by the first-dam reservoir filling

To evaluate the effects of dam height, valley narrowness and width of concrete slabs on the first-dam reservoir filling in-plane transversal normal stresses in the concrete face of CFRD´s, 3D finite difference analyses were carried out. Behavior of rockfill dams considered in this study was defined from the monitoring of a number of 3D sets of pressure cells and extensometers installed in three large dams in Mexico. The 3D analyses results show that high in-plane transversal compressive stresses develop within the concrete panels located in the central concrete face zone upon dam reservoir filling loading. Likewise, in-plane induced tensile transversal stresses in the zones near the abutments increase the potential of slabs cracking and damaging the waterstops in-between the vertical and perimetral joints. From the results of the 3D finite difference analyses, a simple method to estimate in-plane normal stresses in the concrete face is advanced and through comparisons with the results of a 3D case numerical study, its accuracy assessed.     

高混凝土面板坝压性垂直缝设计

针对超高坝运行过程中混凝土面板沿垂直缝挤压破坏的现象进行了探讨，综合分析了国内外四座面板坝沿垂直缝挤压破坏的工程实例，总结其成功经验，提出相应的改进设计措施，并得出了一些富有指导性的结论。     

梯度温差对防水板混凝土开裂机理的影响

基于混凝土浇筑时防水板内外温度差异导致的温度应力对早期裂缝开展的影响,研究了防水板混凝土在施工期的温度应力性能,结合实际工程,总结了当防水板内外温度差异变化时混凝土裂缝损伤的情况。为了深入研究防水板混凝土开裂机理,用ANSYS进行数值模拟,根据防水板主拉应力计算分析公式得到梯度温差下的应力和变形云图。基于ANSYS云图分析结果,研究了混凝土结构的变形趋势、温度应力演变及裂缝分布情况。结果表明:在该联合基础过渡区域混凝土抵抗应力能力较弱,在云图中该处裂缝最早产生,裂缝蔓延速度更快; 防水板的第一应力值随着温差增大而增大,当浇筑温度越高时,混凝土结构所产生的温度应力越大; 在进行防水板施工阶段混凝土浇筑时,大温差导致防水板的大变形, 25 ℃左右为混凝土防水板结构开裂的临界温差。     

面板堆石坝性状的初步统计分析

在很多情况下面板堆石坝已经成为优选坝型,但其设计很大程度上仍然依赖于工程经验。目前很少有文献基于大量工程实例数据对面板堆石坝的性状展开研究。收集和统计过去50 a已建的87个面板堆石坝的建设信息和性状监测记录,从统计学的角度分析面板坝性状特征。基于工程实测数据对填筑完工后坝顶沉降、面板挠度和应力、竣工时坝体最大沉降进行统计分析和规律总结。重点讨论了堆石母岩饱和状态抗压强度、地基特性、河谷形状和渗流对大坝性状的影响。结果可以进一步加强对面板堆石坝性状的深入理解,同时为面板堆石坝的设计、施工和运行管理提供指导和参考。     

装配式异形柱节点抗震性能试验研究

为了研究新型装配式异形柱节点的抗震性能,更好地推广新节点应用于实际工程,设计制作并进行了2组异形柱节点的拟静力试验。通过观察4个试件的裂缝开展破坏过程,分析每个试件位移、刚度、强度和耗能等抗震指标。结果表明:装配边柱节点与现浇节点的破坏过程和类型基本一致,而两个中柱节点的破坏过程及类型有明显区别;纵筋采用直螺纹套筒和灌浆套筒连接均能够有效传递双向应力,实现钢筋与混凝土的有效传力;叠合板滑移影响装配节点承载力;装配节点的刚度比现浇节点稍低,但因较早屈服,破损位移相近,延性变形优于现浇节点,能够满足基于性能设计的框架结构层间位移角限值2%(生命安全(LS)性能)要求。     

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。     

岩坡开挖形态对贴坡型堆石坝变形与应力的影响

 为充分利用地形优势并减少坝基开挖量,将混凝土面板堆石坝建于条形山脊上,依天然坡面分别贴岩坡填筑堆石料,使原山体成为坝体一部分,形成贴坡型混凝土面板堆石坝。贴坡型堆石坝在岩坡与堆石料接触部位易产生应力集中,以及下游坝体位移相对较大,易导致下游坝体整体滑动,影响大坝的安全。采用下游岩坡开挖成阶梯形态来改善坝体下游的应力与变形性状,并用有限元法数值分析对坝体下游阶梯型岩坡与直线型岩坡的应力与变形性状进行分析比较。论证坝体下游开挖成阶梯型岩坡替代直线型岩坡的技术合理性,建议贴坡型混凝土面板堆石坝采用下游岩坡开挖成阶梯型更为有利;同时探讨坝体下游坝坡采用阶梯开挖时坡角对坝体应力与变形的影响。     

混凝土面板堆石坝面板裂缝分析和处理工艺探索

介绍了混凝土面板堆石坝面板裂缝的特点和分类,通过施工期和蓄水期等不同时段面板的受力、变形分析,归纳了裂缝产生的规律,并结合潘口水电站等大坝面板裂缝治理的工程实例,指出面板裂缝治理应根据不同区域、不同形状区别治理,以满足面板的防渗要求。