河谷地形对心墙堆石坝应力变形影响分析

针对某V型河谷上的心墙堆石坝,采用邓肯-张E-v模型描述堆石料,Goodman单元模型描述土与结构体的接触面,三维有限元方法对比分析不同河谷宽高比时竣工期心墙堆石坝的应力和变形。结果表明:河谷地形对心墙堆石坝应力变形影响显著,河谷宽高比越小,竣工期坝体沉降、顺河向水平位移、纵断面坝轴向水平位移都越小;河谷宽高比越大,竣工期坝基覆盖层的沉降越大,防渗墙的应力也越大。     

深厚覆盖层塑性混凝土心墙坝应力变形特性研究

云南省某土石坝采用塑性混凝土心墙作为坝体防渗结构,该坝坝址处覆盖层较厚,且左右岸的覆盖层厚度分布不均匀.在该覆盖层较厚的软弱地基上筑坝,心墙易产生不均匀变形,严重时会导致墙体产生裂缝,降低坝体防渗效果.基于此,本文采用三维非线性有限元法计算分析了坝体和心墙在竣工期和运行期的应力变形特性,并研究了不同覆盖层厚度对其应力变形的影响.计算结果表明:在深厚覆盖层上筑坝会导致坝体沉降量偏大,约占坝高的1.37%,且坝体与心墙会产生明显不均匀变形;在竣工期和运行期,坝体和心墙内基本处于受压状态,局部存在拉应力区,但拉应力较小,小于土体和塑性混凝土的抗拉强度;覆盖层越厚,坝体和心墙的变形越大,但覆盖层厚度对坝体和心墙的应力影响不大;经验证,该坝心墙发生挠曲破坏、拉剪破坏和水力劈裂的可能性较小,防渗系统具有足够的安全性.据此,建议设计与施工时,可以考虑对坝基覆盖层进行固结灌浆,以减小坝体和心墙的沉降以及不均匀变形.     

Nam Ngum5水电站分缝重力拱坝地震响应分析

针对老挝在建的Nam Ngum5水电站重力拱坝,利用基于ABAQUS平台的非线性指数型动接触模型和混凝土塑性损伤本构模型,研究了该重力拱坝在地震荷载作用下横缝的张开、闭合和滑移的非线性动力特性以及坝体的动力响应.计算结果表明:横缝张开使得大坝的坝踵主拉应力大幅增加至3.0MPa;考虑诱导短缝时,坝体整体性下降,刚度减弱,坝顶顺河向动位移响应有一定幅度的提高,同时横缝的开度也有所增加,但诱导短缝对坝体应力的影响较小;大坝能承受的最大峰值加速度为0.40g,大坝可能的破坏模式为从横缝底端与岸坡交界面处起裂,损伤部位逐渐向坝踵以及左岸坝肩、右岸坝肩延伸.     

西域砾岩砂砾料沥青混凝土心墙坝湿化变形数值分析

我国新疆地区广泛使用西域砾岩砂砾料作为筑坝材料,由于西域砾岩砂砾料浸水后易软化、崩解,大坝蓄水后的湿化变形分析成为工程界广泛关注的问题.联合广义塑性模型和西域砾岩砂砾料湿化模型,对某沥青混凝土心墙坝进行了湿化变形有限元分析.结果表明:广义塑性模型和西域砾岩砂砾料湿化模型能够很好地反映大坝湿化变形及应力分布规律;上游蓄水湿化使坝体向上游方向的水平位移和沉降都增大,最大水平位移由竣工时的1.5cm增至22cm左右,最大竖向沉降由竣工时的0.17%坝高增至0.53%坝高,筑坝料的湿陷使心墙的变形也增大;西域砾岩砂砾料的湿化变形明显大于花岗岩堆石料,最大竖向沉降是花岗岩堆石料的近3倍,其湿化造成坝顶上游侧出现局部拉应力区,有可能导致坝顶出现裂缝.因此,在新疆干旱地区采用西域砾岩砂砾料筑坝时考虑蓄水时的湿化影响是十分必要的.     

沥青混凝土心墙风化料坝三维地震响应分析

基于大型商业有限元软件ABAQUS,并利用其平台提供的UMAT子程序接口开发了等效线性模型,分析某沥青混凝土心墙风化料坝的地震响应,为大坝的抗震安全评价提供依据.有限元计算结果表明:在地震作用下,坝顶、上下游坝坡近坝顶等位置有可能会有坝料松动、滑落的可能性,在上述区域需采取适当的抗震加固措施;心墙及坝体的动剪应力不是很大,分布较均匀,不会出现剪切破坏;坝体在地震中的沉陷比水平位移大,坝体地震沉陷量约为最大坝高的0.27%.     

面板堆石坝最大加速度放大倍数经验公式

对面板堆石坝进行三维动力反应计算分析,采用等价线性化模型以不同坝体高度、不同河谷形状为对象,研究了输入不同地震波坝体的反应.结果表明,在坝高相同、基础输入加速度不变情况下,随河谷宽度增加,坝顶坝轴线最大加速度位置由中间向两岸对称移动;对狭窄河谷,最大加速度在坝轴线中间坝顶部位,对宽阔河谷,最大加速度在靠近两岸的部位.对面板堆石坝地震反应加速度分布规律进行了统计分析,给出了计算坝体最大加速度放大倍数的经验公式,为实际工程中进行基于拟静力法的面板堆石坝抗震稳定分析提供了参考依据.     

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。     

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。     

粘性土抗拉特性的测量和对土石坝裂缝的初步研究

本文介绍了采用土梁弯曲及轴向拉伸的方法,对三种筑坝粘土及一种筑坝壤土进行 抗拉性能试验的结果,并对某工程坝体用有限单元法进行了初步的应力分析。计算结 果表明,土石坝心墙在某些条件下,例如坝壳填筑质量低劣或坝肩基础处理不妥,便可 在坝顶或坝肩产生拉应力和拉应变：当这些数值超过心墙土料的抗拉极限时,就会产生 纵向或横向裂缝。上述研究工作,初步定量说明了土石坝产生张拉裂缝的原因,     

土石坝动力离心模型试验颗粒流数值模拟

以长河坝离心模型试验为基础,开展颗粒流细观数值模拟研究,分析大坝在不同地震加速度和离心加速度下的动力响应(加速度和位移)和破坏模式,并对长河坝双向振动台模型试验进行了数值模拟分析.数值模拟结果表明:数值模拟规律与离心振动台试验规律基本一致,坝体的地震破坏模式为坝顶局部滑动破坏;同一高程坝坡位置的动力响应大于心墙位置;随...     

软弱地基上的碾压混凝土拱坝应力与位移分析

某工程在软弱基础上修建的碾压混凝土拱坝坝高大于100m,基础软弱,应力和位移大,尤其是坝肩向下游位移大。提出设置推力墩新结构来增强拱座受力,限制其变形。示例对水压荷载作用下坝体的应力和位移进行三维仿真分析,表明仅设置30m长的推力墩能消减50％的坝体下游面(水压荷载)拱向拉应力;位移减小20％;坝肩基岩几乎处于微压状态,水压应力向推力墩转移,加大坝基底面减小坝体沉陷。由于推力墩结构减小了拱跨度,增强了拱坝的整体性,分担了主要的坝肩荷载,可使拱坝应力得到改善,位移得到控制。     

加筋技术在高土石坝抗震加固中的应用

高坝的抗震稳定分析是关系坝体安全的关键要素,以往的研究表明,土石坝在遭遇强震而发生破坏时,破坏将首先从坝项部开始,坝顶区的"鞭鞘"效应将使堆石处于不稳定状态.因此在地震区修建高土石坝应特别重视坝项区土体的稳定,采取必要的加固措施.对预应力锚筋框架梁与岩土体间的相互作用机理进行了详细的阐述,并且以糯扎渡粘土心墙坝为例,应用FLAC3D快速拉格朗日差分程序对此进行数值模拟,分析了预应力锚筋框架梁对坝体抗震稳定性的影响.结果表明预应力锚筋框架梁加固高坝可有效控制坝体的水平向和竖向永久位移,提高其抗震稳定性.     

沥青混凝土心墙坝心墙与基座模型抗震试验研究

沥青混凝土心墙坝心墙与基座的连接型式对坝体防渗性能有着重要影响.针对沥青混凝土心墙坝心墙与基座的两种不同接头型式(弧形和水平接头),精心设计了其他条件均相同的振动台模型类比试验,利用高速高清相机记录整个振动过程,采用PIV图像分析方法研究两种接头型式心墙与基座间的错动、心墙的倾斜以及接头处防渗性能的差别.采用动力有限元法对物理模型进行数值模拟,并与物理模型试验结果进行印证.结果表明:弧形接头沥青玛蹄脂层的错动比水平接头的小,而心墙倾斜度比水平接头的稍大;随着沥青玛蹄脂层厚度的增加和心墙两侧压力差的增加,错动和倾斜逐渐增大.数值模拟分析与物理模型试验结果定性上一致.     

深厚覆盖层上高土石坝抗震稳定性的三维分析

常规的拟静力方法不能反映出深厚覆盖层上高土石坝的动力特性,而应从坝体材料的动力稳定性、坝体地震后的永久变形和坝坡地震过程中稳定安全系数时程变化等方面综合评价大坝的安全性.结合一工程实例,建立了深厚覆盖层上高土石坝的三维有限元动力分析模型,对大坝的抗震稳定性进行分析及评价.研究表明: 坝体中较大的加速度数值集中在坝顶向下1/3的坝高范围,而此处以下部分的加速度数值与基岩加速度数值大致相同或略小;地震过程中,坝坡最危险安全系数滑弧由静力最危险滑弧逐步向坝顶方向移动.     

高寒地区沥青混凝土心墙坝有限元数值分析

为优化设计和指导施工,基于邓肯张E—B非线性弹性本构模型,采用三维非线性有限元法建立坐落于青藏高寒地区的某沥青混凝土心墙堆石坝的实际地质地形模型,研究分析竣工期和正常蓄水位期,坝体堆石体与沥青混凝土心墙的应力变形特性,讨论温度变化对沥青混凝土心墙工作性能的影响。结果表明:两种工况下,大坝堆石体位移等值线的分布规律基本相似,蓄水期上游堆石体受水浮力的作用位移相对于施工期有减小的趋势,而下游堆石体位移则有增大的趋势;堆石体应力分布规律也比较规则,从坝基至坝顶呈现出逐渐增大的趋势,基本全受压;寒区温度变化对本工程沥青混凝土心墙的工作性能影响较小。研究成果为相关工程的设计、施工及稳定安全运行提供参考。     

小浪底土石坝纵向振动简化动力分析

采用三维剪切楔理论和Ｂｕｂｎｏｖ－Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法,对小浪底土石坝的纵向地震反应进行简化分析,得到了该坝的最大位移、最大速度,最大加速度,最大应力等动力特性分析成果表明,小浪底大坝的基本自振周期约为１．３１９ｓ,坝顶的最大绝对加速度约为１．０３６ｇ。     

胶结砾质土心墙坝应力变形及裂缝扩展研究

心墙拱效应是威胁超高心墙堆石坝安全的一个重要因素．通常采用心墙掺砾来减弱拱效应，但即便是掺砾情况下超高砾质土心墙堆石坝往往仍存在较大的心墙拱效应，且过多掺砾易形成渗流通道，不利于大坝防渗．考虑向砾质土中加入固化剂来制备胶结砾质土心墙料，以提高其变形模量，减弱心墙拱效应．以西南某高堆石坝为例，对不同固化剂掺量下胶结砾质土心墙堆石坝开展应力变形有限元数值模拟，分析胶结砾质土心墙坝的应力、变形等性态；同时，采用扩展有限元法(XFEM)分别对心墙上、中、下3个部位预设的裂缝进行正常蓄水期及水位超坝顶两种工况下的裂缝扩展模拟，以分析固化剂掺量对胶结砾质土心墙裂缝扩展的影响．结果表明：心墙固化剂掺量的增加可有效减弱大坝心墙拱效应，改善心墙抗水力劈裂性能；坝体应力水平及位移变化率均随着固化剂掺量的增加而减小，在一定程度上避免坝体因剪应力过大或变形不协调而发生破坏；心墙上部预设裂缝更易发生扩展，固化剂的掺加可有效抑制心墙裂缝的扩展，避免形成渗流通道．可见，胶结砾质土可为超高堆石坝心墙坝料选择提供一种新的可能．     

旧水泥混凝土路面沥青加铺层的力学分析

以南京-连云港高速公路南京段水泥混凝土路面改造工程为研究对象，采用弹性和粘弹性理论分析了加铺层结构为4cmSMA13＋8cmSUPERPAVE25＋10cm的沥青稳定碎石LSM25沥青混凝土加铺层的受力特性。研究表明：沥青混凝土加铺层的粘弹性性质对加铺层表面的竖向位移有一定的影响，随着深度的增加，这种影响逐渐减弱；沥青混凝土加铺层的粘弹性性质对加铺层不同深度处的竖向应力的影响较小；高温稳定性是沥青稳定碎石LSM25层沥青混合料材料设计的重点；SUPERPAVE25混合料设计的重点是控制材料的疲劳性能；加铺层厚度h=19cm时，SUPERPAVE25层底拉应变最大，增加和减小加铺层厚度，SUPERPAVE25层底拉应变呈现减小趋势；随着沥青稳定碎石模量的提高，加铺层中各深度处的竖向压应变和水平方向应变明显降低。     

土工格栅加筋坝坡的抗震效果研究

文章应用动力弹塑性分析方法对土工格栅加筋坝坡的抗震效果进行了研究;通过分析强震作用下坝体的地震反应特性,在加速度反应较大的坝坡——坝顶(1/5H)范围,对称铺设土工格栅;根据地震作用后坝体的剪应变、永久位移以及稳定安全系数来评价其抗震加固效果,同时研究了高土石坝加筋后的破坏机理.结果表明,土工格栅加筋能加强坝顶区堆石体...     

钢筋混凝土护面加固对重力坝地震反应影响

以钢筋混凝土护面加固的丰满重力坝为研究对象,采用基于ANSYS整体式钢筋混凝土有限元法,建立代表性溢流坝段三维模型分析大坝加固前后的静动力特性.结果表明:护面加固后坝顶最大静位移量减少约14%,地震载荷下最大动位移量减少约6%;加固后地震响应更趋向平缓,峰值响应的出现迟于加固前,对抗震是有利的,但坝体顶部正向地震响应会因护面加固后刚度和质量增加而增大;护面加固能够显著地改善坝体顶部和下游坝肩部位老混凝土的应力状态,但对坝体上游坝面和坝踵部位的应力状态基本没有影响.钢筋混凝土护面对坝体抗震能发挥一定作用,但应重视坝肩和坝顶增大的动力响应对护面抗震的不利影响.