拱坝开裂约束下体形优化设计研究

建立开裂约束下拱坝体形优化设计模型,在5种工况下采用改进的复合形法对拱坝体形进行常规优化设计,然后采用三维非线性有限单元法,研究不同工矿下拱坝的开裂位置和深度,以探讨拱坝开裂对其他工矿下坝体应力状态的影响.实例计算得出了比较合理的拱坝优化体形.     

底缝对拱坝工作性态的影响

结合一试验拱坝数值方法研究了底缝对拱坝的非线性影响,坝体、坝基和接缝均考虑了材料的弹塑性,坝体,地基处理用Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ准则模拟,接缝材料用Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ准则模拟,模拟了接缝的滑移、开裂等非线性行为,计算结果和试验值一致性较好。     

有缝高拱坝的非线性地震响应分析

用非线性有限元方法研究了拱坝的非线性地震响应,研究中考虑了坝体、坝基材料、坝体浇筑横缝和预留周边缝等各种非线性的影响,混凝土材料的弹塑性模型考虑了材料的软化、开裂等,坝体和接缝材料的屈服应力和失效应力假定与塑性功的累积有关,用断裂能和等效裂缝应变表征缝面上正应力的变化规律,最后,在时域内对一实际高拱坝进行了数值分析,并给出了主要成果。     

周边缝拱坝的有限单元法分析

本文用平面有限元法来分析周边缝拱坝,将坝体与垫座作为一个整体来考虑,不仅能计算坝体应力,反映坝体与垫座之间的相互作用,而且能计算出底缝的应力分布状态。本文分四个部分,第一部分讨论了平面有限单元法计算拱坝的方法,提出了平面拱坝单元的新概念,并推导了其单元刚度矩阵,在这部分结尾时有算例与拱冠梁法的结果比较。第二部分讨论和分析了底缝单元的单元刚度矩阵及有关参数的确定,以及用来分析周边缝拱坝的计算步骤。第三部分是算例与实验成果的比较。第四部分是小结及对成果的分析。     

改进的拱坝等效应力分析方法

对有限元内力法求解拱坝等效应力分析进行了进一步改进,假定拱、梁方向上的正、剪应力在拱、梁截面上的面单元内呈双线性分布。从而导出根据截面约束内力求解等效节点应力的公式,并在此基础上导出拱梁向应力为直线分布时的上、下游面等效应力的求解方程和主应力求解公式．对典型的圆筒拱坝用本文方法进行应力分析。得出的拱及梁向应力结果与试载法分析结果基本一致,表明用本文分析方法得出的应力结果可以按现行的拱坝设计规范规定的应力标准评价拱坝坝体安全度．     

坝后背管与拱坝共同工作的有限元分析

本文给出用以分析拱坝及其背管共同工作的计算模型.在背管与坝体之间布置夹层单元以模拟施工的薄弱面,并根据施工程序分级加载,对结构进行非线性分析.它可以分析背管对坝体应力分布的影响,还能给出背管与坝体之间接缝处和背管本身的应力状态.通过对李家峡工程的计算,分析了这种结构的工作情况,并得出一些有意义的结论.     

单元类型和节点数量对拱坝坝体应力的影响

以某100 m拱坝为例,从定量的角度出发,研究了有限单元类型和节点数量对坝体应力的影响。通过分析多种网格剖分方案下的坝体应力结果可得出:①单元阶次和形状与坝体应力有着密切的关系。在进行拱坝有限元应力分析时应尽可能采用形状良好的高阶单元;②随着节点数量的增加,拱坝坝体应力不断增加。当节点数量增加到15 000左右时,采用高阶单元求得的坝体应力已基本趋于稳定。     

碾压混凝土拱坝诱导缝的作用探讨

对碾压混凝土拱坝中设置诱导缝的工作机理和作用进行了探讨。实例计算结果表明：在诱导缝未开裂时，其削弱程度对坝体应力的释放程度有很小的差别，而对坝体应力分布规律几乎没有影响；一旦诱导续开裂，则坝体中的拉应力大为降低。这说明只有合理地设置诱导缝，才能使其发挥释放应力、保护坝体的作用。     

裂缝影响下碾压混凝土拱坝整体安全度评价

以某碾压混凝土双曲拱坝为例,采用薄层单元模拟该坝拱冠梁处径向贯穿性裂缝,建立三维有限元仿真模型并进行非线性分析,研究有无裂缝2种情况下坝体的变位和应力状态,以及超载情况下拱坝-地基系统各部位的屈服情况,综合评价裂缝对该拱坝整体安全度的影响.研究结果表明:各计算工况下,裂缝对坝体应力和位移的整体分布规律影响较小,2种模型下坝体的应力场和位移场基本相同,但有缝时裂缝端部附近会出现较为明显的应力集中现象,应采取加固措施以防止裂缝进一步扩展;超载时,2种模型下拱坝-地基系统各部位的屈服情况基本相同,坝体材料按照线弹性分析时,2种模型超载整体安全度均为6.0左右,按照弹塑性分析时,整体安全度均为4.0左右.该拱坝径向贯穿性裂缝对拱坝-地基系统整体安全度无显著影响.     

侧约束对拱坝坝体应力和位移的影响

结合某碾压混凝土拱坝的拱座,在减弱和加强侧约束时,即在坝体部分高程的破碎软弱岩石减弱坝体侧约束以及坝体下游边墙和护坦增强坝体侧约束的情况下,研究侧约束对于坝体应力和位移的影响。从仿真计算结果可以看出,减弱侧约束时,坝体会自动地进行应力调整,实现坝体的应力重分布,不会产生应力的集中;同时由于拱向应力的增大,即增大了抗剪面剪应力,抵消了坝体下游破碎岩石的影响。而增强侧约束,可以减少坝体位移,特别是坝肩位移。     

长垌双曲拱坝有限元等效应力计算研究

基于有限单元法结合长垌双曲拱坝进行了应力计算分析,并对坝体近基础部位进行了等效应力计算研究,阐明了拱坝等效应力计算研究的基本方法和对工程的意义,得出有益结论,为该拱坝设计阶段提供可靠依据,并对拱坝结构计算研究提供参考.     

基于有限元内力法的某拱坝加固培厚方案对比分析

随着使用年限的增长,拱坝不断老化并产生各种病险危害．目前,拱坝的加固培厚成为一种普遍采用的措施,其技术和安全性也逐渐受到关注．针对某拱坝培厚加固有2种方案,即在下游面或者上游面培厚加固,采用有限元内力法计算该坝体及其2种培厚方案坝体应力,结果表明在下游面对坝体加固培厚方案更优,为拱坝加固培厚方案的选择提供依据．通过规范等效应力法和试载法对计算结果复核,验证了计算结果的正确性．     

横缝间隙对拱坝应力状态的影响分析

考虑拱坝分期施工过程,采用常刚度加速迭代算法研究了横缝间隙对小湾拱坝应力状态的影响．对灌浆后横缝没有间隙和存在0．5mm的间隙两种情况进行的对比计算和分析结果表明,横缝间隙的存在对坝体应力分布规律的影响不大,但对应力的大小有较大影响,即坝体上游面拉应力大小和拱冠梁底部拉应力范围均有明显增大．     

温度荷载作用下拱坝裂缝的断裂力学分析方法

混凝土拱坝或碾压混凝土拱坝,无论在施工期和运行期,温度荷载都是引起坝体开裂及裂缝扩展的重要原因.对坝体裂缝扩展的分析计算,用断裂力学的理论和方法较为适宜.文章提出了用DL08P2程序计算在温度荷载作用下拱坝裂缝的断裂力学计算方法.并以实际工程算例说明了其应用.     

小型拱坝抗滑稳定及坝体应力分析

拱坝坝肩岩体稳定是拱坝安全的根本保证,当拱坝坝肩岩体存在软弱结构面或坝肩岩体较软弱时,两岸坝肩岩体应进行抗滑稳定计算,且由于地质情况原因,有时需对坝肩体型进行局部修改,可能对坝身应力产生较大影响。文章主要介绍采用刚体极限平衡法计算坝肩稳定、拱梁分载法计算坝体应力的设计情况及坝端局部修改后坝身应力变化情况,为中低型拱坝的坝肩岩体稳定计算及坝身应力分析提供参考。     

建基面强度对拱坝应力、变形的影响

建基面是传递拱坝和基岩相互作用的纽带,它的强度直接影响基岩对坝体的约束,从而影响坝体的应力和变形,用非线性有限单元法,以设计中的某高拱为例,分析建基面强度对坝体应力和变形的影响,结果表明建基面强度对坝体应力的影响仅限于建基面附近的局部范围,对最大主拉应力的影响要大于对最大主压应力的影响,建基面强度的降低不会无限地增大坝体的应力数值;建基面强度对坝顶位移的影响较小,但对坝底位移（尤其是顺河向相对位移）的影响较大,当建基面强度较低时,坝底顺河向相对位移随建基面强度的降低而增大。     

遵义市海龙水库混凝土重力拱坝分缝与接缝灌浆设计

借鉴已成工程建设经验,结合海龙水库工程实际情况,设置混凝土拱坝横缝和制定接缝灌浆方式,有利于大体积混凝土浇筑过程中的温度控制,避免坝体因温度收缩开裂,从而保证坝体混凝土质量.     

冰冻帷幕对高拱坝工作状态的影响

采用三维有限单元法对奥地利Ｋｏｌｎｂｒｅｉｎ拱坝用冰冻法处理坝踵开裂区及渗帷幕后再蓄水时的工作性态进行了研究。研究认为，当坝体及地基为线弹性材料，计及库水压力，拱坝自重和冰冻温度荷载，得出了人工冻结是该坝处理后再次蓄水时坝踵又发生新开裂的诱导因素的结论。     

冰冻帷幕对高拱坝工作性态的影响

采用三维有限单元法对奥地利Ｋｏｌｎｂｒｅｉｎ拱坝用冰冻法处理坝踵开裂区及防渗帷幕后再蓄水时的工作性态进行了研究．研究认为，当坝体及地基为线弹性材料，计及库水压力、拱坝自重和冰冻温度荷载．得出了人工冻结是该坝处理后再次蓄水时坝踵又发生新开裂的诱导因素的结论     

防止高拱坝坝踵开裂和屈服的工程措施研究

对防止高拱坝坝踵开裂和屈服的两种常用工程措施周边缝和底缝进行研究．研究中坝体混凝土、缝和坝基材料采用不同的非线性材料模型．结合292m高的小湾拱坝对设缝前后的坝体位移场、应力场、开裂区和屈服区进行分析研究,重点讨论设缝对坝体屈服和开裂的影响．对小湾拱坝的研究结果表明：(a)未设缝时,在坝基附近的垫座内出现较大范围的开裂和屈服;设置周边缝时,垫座内的开裂和屈服明显减少;设置底缝时,坝踵附近的开裂和屈服明显减少,但在设缝两侧,尤其是两侧缝端附近,垫座内的屈服现象比无缝情况时更严重．(b)小湾拱坝设周边缝的效果要优于设底缝,设缝范围可限制在缝面开裂的范围内．