拱坝整体安全度评价方法的探讨

拱坝整体稳定评价方法主要有水密度超载法,水位超载法,降强法及结合降强及超载法的综合法。结合目前世界最高的碾压混凝土高拱坝-万家口子,用数值计算得到每种方法下的拱坝破坏过程。通过对不同计算方法下加载方式、破坏机理的对比,分析不同方法超载系数不同的原因:水密度超载法荷载主要加在下部,超载系数反映坝体下部超载能力,用此方法得到的超载系数较大;水位超载法,降强法,综合法超载系数反映坝体中上部的超载能力,一般得到的超载系数较小。目前超载计算方法不够明确、规范,建议规范、统一超载计算方法,使得计算结果有可比性,方便同类工程安全度评价结果的参考。     

二滩拱坝极限承载力分析

作为小湾拱坝的坝踵开裂及极限承载力研究的一部分,采用有限元方法对二滩拱坝进行了极限承载力分析。首先模拟正常蓄水运行情况,计算的大坝拱冠梁顶点位移与大坝实测位移基本吻合,计算采用的模型和参数是合理的。在此基础上,对二滩拱坝进行了水压超载计算,分析了二滩拱坝正常蓄水阶段的运行状态及极限承载力。分析结果表明:二滩拱坝在正常蓄水工作条件下是安全的,且帷幕的安全裕度有充分保障。     

基于有限元和突变理论的高拱坝坝体稳定研究

建立了高薄拱坝坝身稳定分析的系列概化模型,采用通用有限元软件ANSYS的屈曲分析功能,计算其稳定超载系数并用突变理论分析了高薄拱坝的稳定问题,分析表明,其稳定性判别结果与有限元稳定计算结果相吻合.     

拱坝的极限承载能力和破坏机理

本文建议,以拱坝整体工作能力作为拱坝评价的依据,确定承载能力时宜采用只加大容重的超载方式,宜分别提出线弹性极限、工作极限和破坏极限供设计应用,宜分别对材料强度及荷载效应(结构)规定安全系数.文中基于若干试验成果,描述了一般双曲拱坝和重力拱坝的破坏机理,讨论了坝踵理论应力和实际应力可能出现的差异,以及孔洞、某些地质缺陷等对极限承载能力可能带来的影响.     

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.     

特高薄拱坝坝体屈曲分析及应力控制指标的修正

对高薄拱坝几何参数进行了统计分析,根据此分析结果建立了特高薄拱坝稳定分析概化模型.采用空间有限元稳定分析方法对特高薄拱坝的坝体屈曲问题进行了研究,并通过对拱坝的强度和稳定超载分析,得出了拱坝破坏包络曲线.分析结果表明,特高薄拱坝设计时应重视坝体屈曲影响,考虑坝体屈曲影响后应对应力控制指标进行修正.     

地形不对称对白鹤滩拱坝的影响

文章构造一对称拱坝作为对比拱坝,以白鹤滩拱坝为例,采用有限元法对拱坝的地形不对称因素进行分析。结果表明,地形不对称对白鹤滩拱坝最大顺河向位移影响不大,但对最大横河向位移有所影响。地形不对称对坝体的最大主拉应力和最大拱向正应力有一定影响,而对其它应力分量极值的影响相对较小。随着超载系数的增加,坝体有绕右坝肩作相对转动的趋势。与所拟的对称河谷对比体型相比,白鹤滩拱坝的超载能力略有降低。     

混凝土拱坝的多轴强度与安全指标

为便于推算混凝土多轴强度,开展混凝土结构的多轴强度设计,本文针对任意的多参数强度准则,给出了用等比超载系数K_(OL)计算多轴强度的通用方法。以某已建成的拱坝为例,分别计算坝体的等比超载系数K_(OL)和失效距离系数K_(FD),并与单轴强度安全系数进行比较,指出混凝土拱坝按多轴强度设计的必要性。基于K_(FD)的定义和算例分析,建议将K_(FD)作为拱坝多轴强度安全设计和校核的指标。     

拱坝-无限地基系统非线性地震超载分析

汶川地震的经验表明,高拱坝可能遭受远超其设计烈度的强地震作用.研究拱坝的地震损伤破坏情况,探究其地震超载潜力,对于防止发生严重的地震灾变具有重要意义.在拱坝的动力分析中,采用宏观均质假定基础上考虑混凝土细观非均匀性影响的地震损伤破坏模型,以及基于阻尼溶剂抽取法的拱坝-地基动力相互作用模型以考虑无限地基辐射阻尼的影响,研...     

腹拱重力坝超载破坏试验研究

（一）重力坝超载破坏的原因是多方面的,而且比较复杂。本文讨论新型的腹拱式重力坝由于改善了结构特点和应力状态,对提高超载破坏能力的影响,并与相应的宽缝重力坝进行比较。（二）本文阐述了结构破坏的模型试验原理,并附带地提到地基连接条件及纵缝灌 浆条件的模拟。（三）对实验方法,模型制作,加载方法,量测方法,以及实验步骤进行了阐述。（四）根据上述原理和方法进行了十二组模型超载破坏试验,模型材料均采用砼, 比例尺为１：２００,根据实验结果初步分析如下： １）腹拱坝和同体积宽缝坝的超载能力,在其他条件相同时,腹拱坝较宽缝坝大 ８％－１９％,初步证明了腹拱坝具有较好的承载能力。 ２）就腹拱坝而言,其坝体剖面形状对超载能力亦有颇大影响。实验结果,初步认 为腹拱高约占坝高１／３左右,倾角与合力线大致吻合（一般为６０°－６６°）,拱顶曲率 适当减少,前后腿厚度比在１．２－１．４之间比较适宜。 ３）坝体破坏的原因均由于主拉应力破坏,宽缝坝裂缝由外而内,腹拱坝则由内拱 向外裂开,因而在抵抗渗透的危险上腹拱坝亦有利。 ４）对带有纵缝灌浆的宽缝坝进行的破坏试验说明,从缝对超载能力有一定影响,超载系数与同样的整体宽缝坝要低２５－３０％左右,破坏规律     

拱坝静力分析的一种简化方法

在拱坝试载法和拱梁模态法的基础上提出了一种更为简便、高效的供坝静力分析方法。其基本思想是以拱梁交点变位协调条件建立协调方程，并以矩形和三角形荷载分布作为荷载基向量进行坐标交换，使方程自由度数大为降低；通过求解线性矛盾方程组，得到最终结果。根据以上方法编制了适用于一般微机的拱坝静力分析程序，得到了比较满意的结果。该方法为拱坝方案比及优化设计提供了切实可行的途径。     

Research advance in failure risk and local strength failure for high arch dams

To develop national economy and use the water resources and hydropower resources sufficiently,a lot of high arch dams,with the height of more than 200 m,have been and will be built in China.Although arch dams have good mechanical behavior,there is still failure possibility due to the huge water pressure and high stress level in dam,complex topographic and geologic conditions,formidable environment and high intensity earthquake.As one of the three main aspects concerning the safety of high arch dam,the study on global destruction,has been elaborated in the literatures,and research advance in the other two aspects,namely the failure risk and local damage of high arch dams,will be reviewed in this paper.In recent years,the failure risk of high arch dams has been investigated,and the model for identifying dam failure risk factors has been established.It is shown that the foundation deterioration and strong earthquake are the major risk sources for high dam failure.With the fault tree method,the failure mode and failure probability of high arch dams are studied,and the principle for determining failure mode and the method of calculating failure probability are proposed.Meanwhile,the determination principle of acceptable risk standard for high arch dam was proposed,and the acceptable risk rate and the acceptable standard value of various risk losses were given.For the local damage of arch dam,it is pointed out that the local damage belongs to the strength failure at material level.The study on local failure mechanism of arch dam is reviewed,based on the theories that from traditional strength theory to damage mechanics and meso-mechanics theory.Aiming at the cracking,the main pattern of local failure of high concrete dam,the research advances in the analysis methods and cracking criteria for smeared crack model and discrete crack model are summarized,and the research findings of preventive measures for local failure are shown.     

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．     

Additional Vogt Coefficients and Improved Trial Load Method for Arch Dams

In recent years, the perceivable difference in observed and computed deflections for arch dams suggests the necessity to consider the side-load action of the hydrostatic pressure on reservoir basin(HPRB). In this paper, two additional Vogt coefficients with regard to the normal and angular deflections of arch dam foundation due to the action of HPRB are firstly elaborated, then an algorithm of the improved trial load method(ITLM) taking into account of conventional(six) and additional(two) Vogt coefficients is implemented. The elastic finite element method is employed as the bench mark in the verification of the improved method, which confirms that a better prediction of dam deflections and their gradient related stresses for arch dams may be provided by the ITLM taking into account of HPRB action.     

特高拱坝变形监测的分区及其模型构建方法

面板数据模型考虑了测点间的联系和异质性,引入面板数据模型构建特高拱坝的分区安全监测模型。通过实测温度的主成分分析,筛选得到典型实测温度变量;融合主成分分析和层次聚类法,提出基于监测时间序列的变形测点分区方法;以此建立各分区面板数据,通过检验确定面板数据模型类型,构建基于实测温度的分区变形测点的回归模型;通过分区及其回归模型的截距项、变量系数等的对比分析,识别各分区及坝体空间变形特征。以初期运行期的某特高拱坝为例,将研究测点分为4个区,构建各分区的固定效应回归模型。结果表明,坝体变形符合客观规律,封拱后坝体非稳定温度场、初期运行期时效等因素对坝体变形影响明显。     

基础变形模量不确定条件下拱坝最大有限元等效应力分析

为研究基础变形模量的不确定性对拱坝应力的影响,建立以基础变形模量为设计变量、以坝体应力为目标函数的计算拱坝最大应力的最优化模型;利用均匀试验设计法构造拱坝最大有限元等效应力与基础变形模量之间的二阶多项式响应面。工程实例分析表明,所建立的响应面模型具有较高的精度,当已知基础变形模量变化范围时可以较好地确定拱坝的最大有限元等效应力。     

拱坝的应力特点和分布规律的研讨

通过东江拱坝等国内外十余座高拱坝在各种荷载及荷载组合下的设计应力特点和对实际运行情况分析，考虑了各种分析方法的合理性，研究了高拱坝应力主要控制部位及其应力状态、特点和分布规律，并根据不同的多轴应力状态提出了拱坝的主要应力控制分区。     

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。     

基于有限元等效应力法的拱坝强度设计准则探讨

指出了我国现行拱坝设计规范中存在的问题，根据若干已建拱坝的有限元等效应力分析结果，探讨基于有限元等效应力法的应力控制标准，提出了考虑建筑物等级的压应力设计准则和综合拉应力设计准则。