对拱坝设计若干问题的几点看法

从工程实践出发，论述了拱坝设计中的某些问题，包括拱坝体形的优选、拱坝曲度、应力控制工况、基础温差、水泥品种及软弱夹层处理等．     

拱坝整体非线性稳定分析

根据拱坝的结构特点,针对乌江构皮滩拱坝坝址区存在的层间错动带,软弱夹层及断层破碎带等的复杂地质条件,采用三维非线性有限元法研究其应力应变及稳定问题,对大坝的安全性进行评估,为初步设计提供应力,位移及稳定安全系数等方面的参考依据。     

含水软弱夹层地下洞室稳定性模型试验研究

软弱夹层是影响岩体稳定性的重要薄层,是造成工程灾害的原因之一,研究其特征具有重要工程意义。为探索软弱夹层特征对地下洞室稳定性的影响,以夹层含水状态、夹层位置和夹层厚度为因素,通过自研的杠杆式平面应力模型试验系统进行多工况对照模型试验,分析了不同工况下开挖和蠕变试验阶段洞周各测点的应力和表面收敛变形量的变化规律。试验结果表明：进行开挖时,开挖轮廓正上方测点的垂直应力下降,临近洞肩测点应力上升,离洞室越远,开挖影响越小;开挖结束后,应力呈增加趋势,动态调整幅度减小,最终趋稳;洞室开挖时,模型表面洞周各测点主要表现为竖直收敛变形,开挖贯通后,依然是竖直收敛变形为主;开挖试验阶段和蠕变试验阶段,软弱夹层特征对地下洞室稳定性的影响程度为：软弱夹层含水状态>软弱夹层位置>软弱夹层厚度。在具有软弱夹层的地下洞室工程,特别是软弱夹层含水时,应采取疏通排水等措施控制软弱夹层对地下洞室稳定性的影响。     

动力扰动下含软弱夹层巷道围岩力学响应特性

 为了研究动力扰动下有无软弱夹层对巷道围岩稳定性的影响,利用大型通用有限元软件Abaqus 对冬瓜山铜矿深部出矿巷道受到采场爆破作用下围岩的力学响应进行了数值分析并提出支护优化方案。结果表明：由于软弱夹层的存在,巷道拱顶和底板竖向应力波动幅值大于无软弱夹层巷道,底板竖向应力波动幅值变化较明显,而巷道拱顶和底板水平应力波动幅值却小于无软弱夹层;巷道拱顶和两帮的变形明显大于底板,对于无软弱夹层的巷道围岩变形明显大于有软弱夹层巷道,且变形速率较大;离爆炸源越远巷道围岩的应力和变形越小,但变化不明显,并在动力扰动0.15 s 左右后趋于稳定;基于对冬瓜山铜矿现场调查,发现巷道顶板冒落破坏形式,从而提出支护优化方案,使得巷道围岩变形是无支护时的1/3,有效地控制了巷道围岩变形。     

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。     

柔性拱和软弱地基上的碾压混凝土拱坝

为改善软弱基础上修建碾压混凝土拱坝的结构设计 ,通过对水压和温度荷载作用下坝体的应力和位移分析 ,提出了适应软弱基础拱坝变位大但应力不恶化的“柔性拱”及简易止裂措施 ,已用于修建新疆石门子碾压混凝土拱坝。坝体设人工短缝加大拱的变位 ,可消减水压和温度作用下的拉应力集中 ;扩大拱座降低坝肩软弱岩面上的压应力和剪应力 ,拱座考虑侧约束减少拱座在水压作用下的变位 ,也增加坝肩绕渗途径     

含软弱夹层的强风化泥岩强度及破坏模式试验研究

为研究软弱夹层对边坡失稳的影响,对含软弱夹层的岩体强度及破坏模式进行了理论和试验研究.采用某边坡钻孔芯样分别制备强风化泥岩、泥化夹层、含软弱夹层泥岩3种三轴试样,并进行三轴固结不排水剪试验.结合理论分析,对强风化泥岩、泥化夹层、含软弱夹层泥岩的强度和破坏模式进行了研究,揭示软弱夹层倾角、围压对试样强度和破坏模式的影响规律.结果表明:强风化泥岩、泥化夹层的应力应变曲线分别为应变软化型和应变硬化型;含软弱夹层的试样破坏时存在一个临界倾角范围,当软弱夹层的夹角在该范围内时破坏面发生在软弱夹层中,当夹角在该范围外时试样发生整体剪切破坏;围压超过0.4 MPa后,对含软弱夹层试样的破坏模式基本无影响.     

古田溪三级大坝沿软弱夹层抗滑稳定分析

根据非线性有限元法应力计算结果 ,通过自动搜索确定最小安全系数研究古田溪三级大坝沿软弱夹层抗滑稳定性 .考虑整体坝段两侧软弱夹层以上岩体的阻滑作用 ,整体两侧岩体分配给中间坝段的阻滑力采用简化计算 .根据中间坝段的计算结果 ,评价整体坝段沿软弱夹层的抗滑稳定性 .计算结果表明 ,沿软弱夹层的整体抗滑稳定不能满足设计要求 .另外 ,提供了扬压力等效结点荷载的体积分有限元计算公式 ,探讨了坝后冲刷坑对抗滑稳定的影响 .     

含软弱夹层对巷道围岩承载结构的影响分析

为研究软弱夹层对巷道围岩承载结构和稳定性的影响,采用相似材料模拟和理论分析相结合的方法,通过三种不同方案对比分析了不同支承结构下含软弱夹层巷道围岩受力与变形情况,揭示了含软弱夹层巷道围岩稳定控制机理,并通过现场实测进行验证。结果表明:①巷道顶板和帮部破坏程度明显大于肩部;②采用方案三联合支护能够有效提高巷道围岩应力和承载力;③联合支护方案能够使软弱夹层与上、下硬岩层之间协同耦合承载,减少巷道围岩变形。     

厂坝结构复杂基础的试验研究

提出了用硅橡胶模拟复杂岩基中弹性模量较低的软弱夹层和断层对厂坝结构进行三维光弹性试验，讨论了光弹法在解决复杂基础问题中的所谓粘结应力问题，指出层间粘接物的物理参数对界面应力和整体结构的受力状态的影响不可忽视.     

广东省天堂山拱坝蓄水期监测及应力分析

利用施工期预埋的应变计、无应力计、温度计和渗压计等对广东省天堂山拱坝首次蓄水期的坝体应力、温度以及拱座的反力等进行了实测,通过对测试结果的计算和分析,探讨了拱冠梁、拱座和坝体的应力分布及安全性．结果表明,本文所述方法对于监测和分析高拱坝的应力状态和结构安全性是十分有效的．     

拱圈形状对应力和坝肩稳定的影响

对拱坝设计中常用的三种拱圈进行了系统的研究。分析了反映拱圈几何形状特征参数的选择及其对拱应力和坝肩岩体稳定的影响,给出了特征参数与拱应力及坝肩岩体稳定指标的关系曲线。该项研究对拱坝体型的选择有参考价值。     

某拱坝结构非线性有限元稳定性分析

为分析拱坝坝体与坝肩稳定性,通过建立三维非线性有限元计算模型,计算了基本荷载组合、特殊荷载组合两种工况下拱坝的位移和应力.依据数值计算结果,绘制了位移等及应力等值线,采用有限元分析法分析了坝体应力结果,并从超载安全系数法和点强度储备安全系数法两个角度探讨了坝肩岩体的稳定性,结果表明：1）拱坝的最大位移发生在顺流方向,最大位移值为8.95 mm;2）正常蓄水水位和校核洪水水位时坝体的最大拉、压应力均满足容许应力要求;3）坝肩岩体的安全系数为3.8,满足安全要求.     

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．     

基于随机有限元的拱坝坝肩稳定可靠度分析

以有限元和可靠度理论为基础,提出了应用于拱坝坝肩抗滑稳定分析的随机有限元基本思路.通过与可靠度理论相结合,考虑变量的随机特性,建立荷载效应与基本随机变量之间的关系.在随机有限元的基础上进行拱坝坝肩抗滑稳定的可靠度分析,计算出相应的可靠指标.对一实际工程进行计算和分析,验证随机有限元方法在拱坝坝肩抗滑稳定分析中的应用.     

拱坝坝肩稳定性分析程序开发与应用

采用VBA语言编程开发拱坝坝肩稳定分析程序.程序包括建立VBA与EXCEL通信并提取相关数据,VBA与CAD交互操作求最小稳定安全系数两部分.应用该系统时,用户只需要输入或选择程序默认参数数值,并在CAD地形图文件上选取若干实体,即可自动计算出对应高程的拱坝坝肩最小稳定安全系数.工程实例结果显示,程序运行安全可靠,符合...     

宽敞河谷混凝土拱坝方案优选分析

本文以某拱坝枢纽为例论述了宽敞河谷混凝土单曲拱坝与双曲拱坝各方案运用考虑扭转作用的多拱梁法进行数值分析的结果。表明坝址河谷宽高比L/H大于3接近4的宽敞河谷可不建重力拱坝,而建较薄的双曲拱坝。由于其坝体应力分布合理、安全储备高、节省投资和材料,因而具有实用意义。     

盖下拱坝坝肩稳定分析

以盖下拱坝为研究对象,结合有限元和刚体极限平衡法,分析了盖下拱坝坝肩岩体在静、动力条件下的稳定性,得到坝肩岩体的抗剪安全系数.所得结果满足规范要求,说明盖下拱坝坝肩是稳定的.研究成果为实际工程提供了参考依据.     

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．