设上游底缝对小湾拱坝坝踵开裂的影响及破坏分析

该文通过采用DP材料准则和William-Warnke材料准则对小湾拱坝设上游底缝的受力情况与破坏规律进行分析,结果表明:小湾拱坝设置诱导底缝可以释放坝踵拉应力,改善坝踵应力状态,并且得出设置诱导底缝后不会影响到整个大坝的安全。     

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。     

石门坎拱坝坝踵底缝稳定性分析

随着拱坝高度的不断增加,坝体厚度不断减小,高拱坝坝踵破坏成为工程中非常棘手的问题。人们通过设置坝踵底缝来降低坝踵最大拉应力。但是设置底缝后,坝踵和底缝尖端部位是否稳定需要验证,目前人们对坝踵底缝稳定性判断主要采用断裂力学法,本文采用Drucker-Prage准则对坝踵和底缝尖端材料屈服性进行判断,同时对底缝的张开度进行分析。     

设上游底缝对小湾拱坝坝踵开裂的影响

本文采用混凝土非线性本构模型和破坏准则,对小湾高拱坝设上游底缝的开裂规律进行了初探,分析了无缝和有缝以及干缝、湿缝对拱坝开裂的影响。结果表明：设上游底缝能改善坝踵开裂情况,是改善拱坝坝踵应力状态的有效工程措施。     

重力坝诱导缝对坝踵区应力的影响及优化研究

以重力坝坝踵区应力状态为优化的目标,在坝体上游库底基岩上设置一条不同状态的诱导缝,计算静、动力条件下重力坝挡水坝段在不同的诱导裂缝缝踵距和缝缝深组合下的坝踵区应力分布,得出诱导缝缝踵距越小、缝深越大对降低坝踵拉应力越有效的结论,并在此基础上对重力坝的诱导缝的最佳位置和尺寸进行优化分析。     

设上游底缝改善拱坝应力状态的研究

本文首次采用边界元法对拱坝设上游底缝的影响规律进行了研究，分析了底缝设在不同高程、底缝的缝深不同以及干缝和湿缝对拱坝应力和变位的影响规律. 分析结果表明：设上游底缝是改善拱坝应力状态的一个有效的工程措施。     

消除混凝土坝坝踵拉应力集中的一种结构措施——设置坝踵块

混凝土重力坝及拱坝的坝踵是拉应力集中区,容易开裂,对大坝的安全运行有重大影响,国内外已有多座拱坝产生了严重的坝踵裂缝.为消除混凝土坝坝踵的拉应力集中,建议在基础灌浆廊道周边混凝土内设置两条结构缝,一条是从基础廊道至上游面的水平缝,另一条是沿廊道下游面至建基面的垂直缝,这两条缝把坝踵区的混凝土从坝体中分隔出来,形成独立的坝踵块,从结构上改善了坝踵的受力条件;同时给出了坝踵块的设计原则.     

改善重力坝坝踵区应力分布方法的探讨

本文以改善重力坝坝踵区应力分布为目标，设想建坝初期在坝体上游基岩部位设置一条人工预置缝，通过对预量缝几种设置位置、长度情况下的应力计算、比较，对在坝体上路基岩部位设置人工缝改善重力坝坝道区应力分布规律进行分析。     

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。     

坝踵混凝土体型对混凝土面板应力变形的影响

镶嵌混凝土面板堆石坝是一种可以改善高面板堆石坝应力变形的新坝型。利用平面有限元法分析计算不同坝踵混凝土结构高度、下游坡比、趾板位置时面板的应力变形和周边缝变位,进而探究镶嵌混凝土面板堆石坝中坝踵混凝土结构对面板应力变形的影响。结果表明:当坝踵混凝土结构高度从坝高的27%增加到坝高的40%时,面板的挠度和顺坡向应力都大幅减小;坝踵混凝土结构的下游坡比从1:0.4放缓到1:0.7时,面板应力变形变化幅度较小;趾板位置在坝踵混凝土顶部从下游向上游移动时,面板与趾板之间的周边缝张开变位和错动变位大幅减小了68.7%和85.8%。说明设置坝踵混凝土结构可有效改善面板的应力变形。     

丹江口大坝加高工程新老混凝土结合问题研究

在大坝加高工程中，新老混凝土结合问题是主要技术难题之一；同时，坝体加高前后的坝踵应力变化、新老坝体能否联合受力也是设计关心的主要问题。根据丹江口大坝加高施工方案，对大坝加高施工期以及完建后的运行期新老混凝土结合面工作状态、新老坝体联合受力情况、水库水位抬高后对坝踵应力影响等问题，采用数值模拟方法进行了仿真计算分析。得出了大坝加高及水库水位升高后，与大坝加高前相比，坝踵附近垂直向应力状态没有恶化；在任一时刻，新老混凝土结合面都是部分张开、部分接触，但缝面还是能有效地传递水平推力等结论。     

碾压混凝土拱坝分缝防裂设计关键问题研究

在实际工程中,很多碾压混凝土(RCC)拱坝并未张开甚至在未设缝位置出现裂缝,诱导缝实际诱导开裂作用并未达到设计预期,甚至还带来一些附加效应。归结未张开原因,以诱导缝布置不当影响最大。由于RCC拱坝温度应力具有复杂性、多变性、动态性等特点,拱坝防裂设计特别是诱导缝布置方面必须真实反映坝体从施工期到运行期全过程的工作性态。实际工程应用成果表明:RCC拱坝诱导缝及横缝采用带开-闭迭代功能的接触单元模拟,破坏准则采用等效强度理论,基于整坝全过程仿真分析技术开展诱导缝防裂设计,是行之有效的方法;根据仿真结果进行坝体分缝布置、缝面结构型式等研究,可使诱导缝按设计要求张开,起到释放温降引起的拉应力的作用,保证坝体混凝土的施工质量。     

重力坝计算与实测坝踵应力差异中扬压力作用研究

坝踵应力是评价重力坝安全的重要指标,按无拉应力准则设计的重力坝采用有限单元法分析时往往出现较大的拉应力,但实际工程中未见观测到拉应力的报道,有的甚至出现较大压应力,同时实测应力变幅往往远小于计算值。本文统计了国内外24座重力坝观测结果,分析了坝踵应力蓄水前后变化特点,以一典型重力坝断面为例,采用材料力学法和有限元法对坝踵应力进行计算,对比分析了理论坝踵和实测坝踵应力变化规律,重点研究了扬压力对两个坝踵点应力贡献作用,揭示了计算和观测坝踵应力差异的原因之一。结果表明：理论上的坝踵应力是坝踵基岩一侧计入扬压力作用的有效应力,实测坝踵应力则是距基础一定距离、坝体混凝土内部的总应力,两者存在一个与扬压力接近的应力差;按无拉应力准则设计的重力坝,坝内测点不会出现拉应力,最小压应力为0.5～1.0倍的上游水头;实测坝踵的有效应力取决于渗流场和孔隙水压力系数(B系数),该点渗透压力变幅小于上游水头且存在滞后,致使应力变幅明显小于理论坝踵应力变幅;扬压力在理论坝踵和实测坝踵的作用差异是实测与计算坝踵应力差异显著的重要原因之一。     

重力坝纵缝非连续接触的数值模拟

本文在六参数（法向刚度、切向刚度、粘聚力、摩擦角、剪胀角和抗拉强度）界面单元的基础上，利用给定初始应力模拟裂隙初始宽度，采用变参数法模拟裂隙闭合与张开状态下的力学行为，从而使改进后的界面单元可以模拟非连续接触问题。利用改进后的界面单元，研究了重力坝纵缝张开宽度及其分布形式、坝体并缝措施和缝面键槽对坝体变形和应力的影响。研究表明．纵缝张开宽度及其分布形式对坝体变形和应力影响显著，并缝措施会引起并缝部位应力集中，键槽可以阻止接缝面产生相对滑移。     

重力坝加高中减少结合面开裂措施的研究

由于气温年变化及新老混凝土温差的作用,混凝土重力坝加高后,新老混凝土结合面绝大部分将被拉开,使大坝整体性降低。本文提出了在新混凝土内进行横向分缝并在下游面进行永久保温的防裂工程措施,使结合面开裂面积大幅度下降,超载条件下的坝体应力显著改善。文中研究了缝端应力集中问题,结果表明,年温度变化影响较大的深度只有5m左右。当横缝深度超过6m时,缝端应力集中不显著,横缝不致于扩展。     

有限厚度带键槽接缝单元及接缝对混凝土坝应力的影响

本文给出了有限厚度的带键槽三维实体接缝单元，它可以较好地反映接缝附近的应力和接触条件。文中分析了接缝的初始间隙问题，分析结果表明，经过灌浆以后，由于浆体收缩而产生的初始间隙是很小的，一般可以忽略。文中还分析了灌浆质量对坝体应力的影响，分析结果表明，只要浆体灌进了接缝，虽然浆体质量差一些，带有键槽的接缝对坝体应力和变形的影响是很小的。本文最后分析了横缝不抗拉对拱坝应力的影响，分析结果表明，这个问题与横缝受拉深度a和横缝间距L的比值a/L有关，a/L越大，横缝不抗拉对坝体应力的影响越大，此外，还与坝体厚度及气候条件有关。     

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。     

大山口拱坝重力墩裂缝分析及加固设计

大山口水电站拱坝右岸重力墩出现贯穿性裂缝,本文通过对两岸重力墩裂缝成因的分析,认为主要是由温度应力引起,裂缝的产生虽然没有导致坝体应力恶化或坝肩失稳,但在重力墩踵部出现了超规范的拉应力。最后提出了缝面封闭和竖直向预应力锚索的处理方案。     

结构缝对高碾压混凝土拱坝地震破坏机理影响的试验研究

为探究结构缝的存在对碾压混凝土拱坝地震破坏机理的影响,在地震模拟系统上进行了拱坝模型动力破坏试验。模型的建立基于弹性力-重力准则,不考虑库水以及坝体-地基相互作用。采用一种新型压电传感器测量模型内部的动态应力,并主动监测模型内部微裂纹的发生和发展过程。横缝的模拟考虑了键槽的影响,诱导缝的模拟基于断裂力学理论。选择模型基频对应的谐波逐级加载来研究拱坝在地震动超载作用下的反应。试验表明,拱坝顶拱的端部与拱冠的破坏均较严重,试验中横缝与诱导缝的先后张开分别释放了拱向端部应力与冠部应力,从而引导了裂纹开裂方向,减轻坝体破坏。通过实际震害与物理模拟的对比验证了试验结果的可靠性,显示本文的物理模拟技术有助于研究结构缝对拱坝地震破坏机理和最终失效模式的影响,可为碾压混凝土拱坝的抗震设计提供科学依据。