高碾压混凝土拱坝不同分缝形式结构特性的试验研究

结合沙牌碾压混凝土拱坝，采用整体结构模型试验，分别对设置周边应力释放缝加两条诱导缝、三条诱导缝、坝体不设缝三种方案进行了坝体的应力及变形特性、破坏形态、破坏过程及破坏机理的分析，从而得出了不同分缝形式下高碾压混凝土拱坝的结构特性。     

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。     

碾压混凝土拱坝诱导缝开裂试验研究

通过多组由深埋椭圆裂缝、深埋矩形裂缝和穿透裂缝3种型式形成不同削弱度的碾压混凝土试件轴拉试验，研究了试件的应力强度因子，分析了不同裂缝的应力强度因子计算公式。由于试件的断裂韧度与裂缝形式无关，假设深埋矩形预留缝试件的应力强度因子可以由深埋椭圆预留缝或穿透预留缝试件的应力强度因子通过修正求得，建立了矩形预留缝试件应力强度因子的近似解析表达式。考虑了尺寸效应后，求得碾压混凝土材料的断裂韧度。根据碾压混凝土拱坝诱导缝的构造特点，并考虑了相邻缝的影响计算出诱导缝开裂的等效强度。这一结果应用于沙牌碾压混凝土拱坝开裂计算的三维非线性应力场仿真计算中。     

沙牌碾压混凝土拱坝坝体分缝形式的结构特性研究

在碾压混凝土拱坝设计中，选择合理的坝体分缝结构与分缝位置是有效地控制坝面开裂范围和保证拱坝整体稳定性的关键技术问题。文章结合沙牌水电站碾压混凝土拱坝的实际，运用有限元数值分析方法对拱坝不同分缝结构的坝体应力及缝端开裂特征作了多方案研究，在比较了各分缝方案结构特性差异的基础上，对该坝体的分缝结构和分缝部位提出了建议。     

结构缝对高碾压混凝土拱坝抗震性能的影响分析

研究横缝和诱导缝的共同作用对高碾压混凝土（ＲＣＣ）拱坝抗震性能的影响具有一定价值。首 先,采用混凝土损伤塑性模型模拟坝体材料,用黏性（Ｃｏｈｅｓｉｖｅ）单元模拟结构缝,分析计算了同时设置横 缝和诱导缝的试验模型,并将计算结果和试验结果进行比较,发现数值计算结果与试验结果十分相近, 说明所采用的模拟方法具有一定的合理性。并将此模拟方法应用到沙牌拱坝原型上,通过动力加载分 析,得到横缝和诱导缝的先后张开释放了坝体拱向应力,对提高坝体抗震性能有一定的积极影响。     

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。     

诱导缝超级子结构数值计算模型

在一套有限元计算网络中协调大范围坝体及坝肩(基)岩体与局部小尺寸诱导缝结构的矛盾存在困难，常规的有限元分析中一般采用折减RCC变形和强度参数来反映诱导缝面的综合效应，该方法难以准确地反映诱导缝对坝体整体刚度的削弱程度和诱导板之间RCC桥的应力集中．同时，诱导缝面的综合变形和强度参数确定缺乏相应的试验资料．为克服上述缺点，结合沙牌RCC拱坝诱导缝结构型式，提出诱导缝超级子结构数值计算模型．     

物理模型与数学模型对比分析沙牌拱坝的结构特性

结合沙牌碾压混凝土拱坝工程实际，采用结构模型试验和三维非线性开裂计算相结合的研究方法，着重研究含诱导缝的碾压混凝土拱坝的结构应力与开裂特性，获得了大坝的应力分布、大坝及诱导缝开裂破坏形态、破坏过程及破坏机理，模型试验与数值计算所得结果相近，为沙牌工程的设计和施工提供了参考依据。     

两座碾压混凝土拱坝结构模型破坏试验对比分析

结合普定和沙牌两座碾压混凝土拱坝的结构模型破坏试验,对比分析了两座拱坝的结构应力、坝体位移及拱坝开裂破坏过程、破坏形态和破坏机理。通过分析研究,得出了碾压混凝土拱坝体形及诱导缝宜对称布置为好,以及为了体现碾压混凝土大坝快速施工的特点,坝身不宜设置过多的孔口等结论。     

高碾压混凝土拱坝横缝开度对拱坝安全的影响

考虑混凝土材料非线性和横缝接触非线性，对沙牌拱坝进行结构分析，研究横缝下游宽度变化对拱坝工作性态的影响。计算结果表明，横缝下游宽度达到2mm以上，坝体应力恶化，将会危害到拱坝的安全。     

沙牌拱坝结构开裂及破坏机理研究

本课题是“九五”国家重点科技攻关项目——高碾压混凝土拱坝分缝与建坝材料研究中的一个研究子题,该子题针对沙牌碾压混凝土拱坝开裂问题进行研究。研究采用物理模型与数学模型相结合的方法,在物理模型中运用断裂力学理论模拟诱导缝的开裂相似,并采用光纤传感检测技术监测大坝及诱导缝的开裂破坏,获得了大坝的应力、变位及超载破坏过程和破坏形态。     

高RCC拱坝结构可靠度分析与破坏试验研究

结合“九五”国家科技攻关课题，采用坝体结构可靠度数值计算与坝体破坏模型试验相结合的方法，分析了沙牌高碾压混凝土拱坝设缝后诱导缝及坝体开裂失效的可能性，以及大坝结构的安全性和可能的破坏机制等工程关键技术问题，为工程设计和施工提供了参考依据。     

拱坝有缝坝体-坝基系统的非线性抗震分析

本文将坝体和坝肩裂隙岩体作为允许局部开裂和大变形的非线性连续体，用动态接触单元模型进行概化模拟，对小湾高拱坝坝体-坝基系统在高水位运行期遇设计地震荷载作用时的动力反应进行了非线性数值计算，研究了横缝对坝体应力、变形的影响，并对坝肩裂隙岩体的抗震稳定进行了分析评价，数值分析表明：横缝对拱坝坝体的应力和变形影响显著，坝肩潜在滑面的开裂和滑移导致坝体应力增大，坝体的抗震安全性降低，但在运行期高水位遇设计地震荷载时坝体和坝肩裂隙岩体整体稳定。     

设缝高拱坝的破坏机理研究

对设周边缝，底缝高拱坝的破坏机理进行了阐述，采用增大水重度和降低坝基交界面或缝面材料强度储备两种方法；对未设缝高拱坝，设部分周边缝高拱坝和底缝高拱坝的破坏形式。破坏过程进行研究，寻找设缝拱坝的可能破坏形式和破坏机理，研究结果表明，三种坝型的整体安全度由大到小的顺序为未设缝拱坝，部分周边缝拱坝和底缝拱坝，破坏均是从坝体与垫座交界面上游侧开始开裂，向下游扩展，最终下游侧屈服破坏。     

基于ANSYS的某拱坝坝体分缝形式研究

采用ANSYS有限元软件,对某水电站拱坝坝体无缝方案及3个分缝方案下的应力及变位特征进行了分析。结果表明:在正常运行期,无论坝体设缝或者不设缝以及设缝的类型和缝的组合情况如何,只要缝未开裂,对应坝体同一部位的应力及位移分布规律都是相似的;诱导缝及周边缝的设置对防止坝体出现过大拉应力导致坝面开裂有利,且对坝体稳定性影响较小;针对诱导缝区域出现的拉应力及变位错动,应做好灌浆后处理,以保证坝体的整体性。     

高碾压混凝土拱坝中的构造缝问题研究

为了控制施工期温降引起的坝体裂缝，国内外已建成的几座碾压混凝土拱坝普遍设置了诱导缝。我国在国家“八五”科技攻关过程中深入研究了诱导缝的作用和合理布置问题，提出了诱导缝等效强度计算模型和断裂判别式以及有效作用范围估计方法，为诱导缝设计提供了理论依据，并对高碾压混凝土拱坝设置少量横缝的作用和适用条件提出了依据。     

基于温度应力仿真的碾压混凝土拱坝诱导缝开裂分析研究

诱导缝作为碾压混凝土拱坝结构防裂措施,能否在坝体温度下降时率先开裂,以消散温度应力,是控制坝体温度裂缝的关键。应用大型有限元分析软件ANSYS,采用薄层实体接缝单元模拟诱导缝,考虑施工期至运行期全过程瞬态温度荷载,通过三维有限元温度应力仿真分析和诱导缝开裂情况分析对全部采用"诱导缝"分缝形式的某碾压混凝土拱坝进行可行性研究。结果表明:坝体高拉应力区设置的诱导缝,在做好缝端处理,消除诱导缝与地基接触部位应力集中的条件下,能够有效地释放坝体应力,保证坝体在温度荷载下的运行安全。仿真分析结果可为该碾压混凝土拱坝的温度控制、裂缝预测及其预防提供参考依据。     

两种非线性模型下重力坝强震破坏机理研究

以某重力坝为例，在已有研究的基础上，分别采用塑性损伤模型和动接触力模型，对混凝土重力坝进行非线性动力分析，研究讨论了坝体头部强震破坏进程、破坏机理以及在贯通前后上下游节点对位移差变化情况，并基于两种模型的本构关系，对比分析了两种模型下重力坝强震损伤破坏演化过程的差异及其对重力坝极限抗震能力的影响。研究结果表明，采用塑性损伤模型计算的混凝土坝坝体头部折坡处的开裂要早于接触模型，但是开裂进程比接触模型慢；若以坝体头部开裂贯通为依据，损伤模型和接触模型的极限抗震能力相差不大，接触模型略低；对头部存在明确层面、不需要考虑网格细化问题等的碾压混凝土坝可采用接触模型，对于不存在明确层面的情况，建议采用损伤模型。     

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。