拱形腹拱坝

５８年以来结合某些水利工程设计,从改善坝体应力,加大超载能力和节约的角度对 新坝型如腹拱坝、宽缝腹拱坝和拱形腹拱坝进行了实验研究。本文着重介绍拱形腹拱坝 的坝体应力的一般规律。拱形腹拱坝在水平拱和剖面拱的共同作用下,大大改善坝体应 力以及腹拱和孔洞周边应力,它是较经济的坝型,较适合我国中部和南方河流窄河谷, 大洪水流量的特点,较好地解决了厂房和洩洪布置上的矛盾,往往是大量节约厂房开挖 的有效措施。     

腹拱式重力坝坝体应力的试验研究

腹拱式重力坝是一种新坝型,坝上游面倾斜,坝内设有腹拱。坝体断面的应力分布比较均匀,坝体材料得到充分的利用,上游坝趾的垂直应力较高,坝体承受特殊超载的能力较大,比较一般砼重力坝的应力状态有了很大改善。为了寻找这种新坝型的最好轮廓剖面,利用偏光弹性力学的冻结应力方法,做了廿多组不同轮廓尺寸的坝体剖面的应力试验,经过平衡校核,对于推荐的剖面还进行了重复试验,认为试验结果是可信的。试验中个别方案还采用了软胶纲格法试验;并简化成无铰拱,用结构力学的方法进行了近似的应力计算。三种不同方法所得的应力情形是接近的。根据不同轮廓尺寸剖面应力试验的结果,分析了各种轮廓尺寸的变化对坝体应力分布的影响。初步认为确定坝体轮廓尺寸的规则如下：坝体上游边坡宜为：１∶０．２－１∶０．４,下游边坡宜为１∶０．７５－１∶０．９;腹拱宜做成略向上游倾斜的椭圆形;拱高宜为坝高的２５－３５％;上游腿应比下游腿略厚,以使重心偏向上游;设置坝内电厂时尾水管的宽度宜等于或小于坝段宽的３０％。最后推荐方案的应力试验成果,坝体基本上全部为压应力,坝体断面的应力分布均匀,上游坝趾的压应力较高。以１－Ⅷ号方案为例,坝内只个别点出现了最大为４公斤／厘米２的拉应力,     

井冈冲砌石双曲拱坝设计与研究

井冈冲砌石双曲拱坝为多心圆弧双曲拱坝.拱坝最大坝高92ｍ，厚高比0.261，最大拱圈中心角99.9°，最大拱圈半径160ｍ.采用ADCAD进行体型优化.拱坝结构分析表明：拱坝应力满足规范要求，拱坝超载能力不大.该拱坝拱座稳定的安全余度很小，为此采取在坝肩设置排水洞和加强观测的设计措施.坝体上游面设混凝土防渗面板、下游面设浆砌条石、中部为细石混凝土砌毛石.该砌石拱坝坝体每隔72ｍ设一条灌浆横缝，上游混凝土防渗面板沿坝轴线每隔18ｍ设0.8ｍ宽的宽缝，水泥灌浆和膨胀混凝土回填于低温季节进行.对石料场岩石进行了隐节理、铁锈面对强度的影响试验和现场大型砌体现场试验，试验研究表明，选定石料场的石料不宜上坝.经设计和试验研究，拱坝两个坝身表孔采用窄缝式消能工.     

含横缝碾压混凝土拱坝的变形和应力重分布

研究含横缝碾压混凝土拱坝工作状态。含横缝碾压混凝土拱坝未灌浆前若出现洪水强迫蓄水，横缝或诱导缝在施工末期（汛前）灌浆，由于蓄水后坝体进一步降温重新拉开灌浆缝都会破坏拱坝整体性。当缝宽不大时（＜０．５ｍｍ），在水压自重作用下梁向变位加大，可将部分拱重新压紧，形成应力重新分布。作者用体积向量提高简化计算中缝的变形场精度。坝踵水平裂缝出现后，拱作用逐渐加大，梁向大变位和接触形成新拱可使水平裂缝停止扩展。     

重力坝纵缝非连续接触地震反应分析

采用非线性动力时程分析方法,通过超载响应分析,初步研究了设纵缝重力坝的抗震能力.运用弥散裂缝模型模拟混凝土在强震下的开裂行为,采用基于罚函数法的接触模型模拟纵缝在动力荷载下的力学行为.对比不设纵缝的计算模型,结果表明纵缝改变了坝体应力分布,降低了坝体的抗震能力.通过对开裂比和抗滑安全系数的分析,判定该设纵缝重力坝段的极限抗震能力为0.6g.     

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。     

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     

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。     

梅花试验拱坝破坏的数值模拟

用非线性有限元方法对福建梅花周边缝试验拱坝的破坏进行了数值模拟，用超载法对其安全度和破坏形式进行了分析研究，得到了与实际情况较一致的破坏形式.研究表明：梅花拱坝实际允许水深只有20.8m，溃坝前其一直处于超载状态；梅花坝在水荷载作用下，有向上的变形趋势，水深加大时，坝体上抬趋势增大，温升作用增加了上抬值，这种上抬对周边缝拱坝的整体稳定是不利的.破坏时先是周边缝下部拉坏和剪坏，然后拱坝中部出现压剪破坏和坝肩发生剪切破坏，最终在库水作用下左、右坝体发生沿缝面的滑移和转动破坏.     

软化砂砾岩上的拱坝新结构

为在砂砾软岩上经济、快速地修建拱坝,针对软岩强度低、变形大的特点,分析了水压和累积自重作用下软岩上的拱坝受力和变形规律,提出了以下工程策略:上游坝面周边设置人工拱面缝释放岩石拉应力,缝端用槽钢止裂;下游布置推力墩增强坝肩,限制变位;扩大基础均化坝体由自重产生的压应力集中。结果表明:在软岩上采取上游面设置人工拱面缝释放拉应力,下游面设置推力墩限制变位的措施后,拱坝及其周边岩石能够满足内应力及承载力要求。     

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.     

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.     

考虑橫缝非线性对沙牌拱坝动力响应的影响

强震作用下横缝的开合对拱坝的动力响应有着显著的影响。本文结合实际工程,依据最新的坝体参数资料,建立了考虑拱坝横缝非线性的有限元模型。用粘弹性人工边界计及地基的辐射阻尼效应,采用有限元混合法模拟横缝的非线性行为。给出了四种工况,从坝体的应力分布、顺河向位移及横缝的张开变化等角度,研究了橫缝非线性对沙牌拱坝动力响应的影响。结果表明：横缝的张开使坝体的拱向应力得到了明显的释放,拱梁之间存在着一定程度的应力重分布;随着库水位的降低,横缝的开度增大的趋势较为明显,但坝体顺河向位移的变化不是很明显。     

考虑横缝非线性对沙牌拱坝动力响应的影响

强震作用下横缝的开合对拱坝的动力响应有着显著的影响。结合实际工程,依据最新的坝体参数资料,建立了考虑拱坝横缝非线性的有限元模型。用黏弹性人工边界计及地基的辐射阻尼效应,采用有限元混合法模拟横缝的非线性行为。给出了四种工况,从坝体的应力分布、顺河向位移及横缝的张开变化等角度,研究了橫缝非线性对沙牌拱坝动力响应的影响。结果表明:横缝的张开使坝体的拱向应力得到了明显的释放,拱梁之间存在着一定程度的应力重分布;随着库水位的降低,横缝的开度增大的趋势较为明显,但坝体顺河向位移的变化不是很明显。     

汶川大地震中大坝震害与大坝抗震安全性分析

大坝抗震安全是公共安全的重大问题.深入分析了汶川地震中典型大坝的抗震性能与震害特点,对拱坝、重力坝、闸坝、面板堆石坝、心墙堆石坝等各种型式大坝的抗震特性与大坝抗震安全性进行了论述,阐明了观点,对大坝抗震设计的内容提出了建议.拱坝良好的抗震性能,在于发挥横缝的调节作用,使拱向拉应力得到释放,并具有一定的适应河谷与河岸变形的能力.提高重力坝的抗震能力,关键在于减小头部和坝踵等抗震薄弱部位应力集中的程度,并采取FRP等措施进行加强.闸坝轻型,地震惯性力小,具有较高的抵抗超载作用的潜力.对面板堆石坝来说,提高填筑和压实质量,减小其地震变形有利于改善面板与结构缝的工作条件,增强抗震能力.对心墙堆石坝来说,重要的也在于减小地震变形,特别是采取工程措施限制上部的地震变形,增强心墙的抗裂能力.     

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。     

基于FLAC3D的万家口子高拱坝整体稳定安全度研究

采用三维快速拉格朗日法软件FLAC3D对万家口子高碾压混凝土拱坝坝基加固处理方案进行坝体-坝基变形、应力分析.采用超载法研究大坝及坝基的渐进破坏过程和可能的失稳模式.研究结果表明坝体-坝基变形、应力满足规范要求,系统整体安全度为4.0,基本满足设计要求.极限承载力由坝踵处的Ⅳ类岩体、左岸坝肩不整合面和节理群的强度共同控制.     

空腹重力坝的优化设计

将在江西省建造的一座空腹重力坝,是在空腹内设拱,拱上填渣。它比一般空腹重力坝更能节约工程量,对改善坝踵应力以及提高坝体的稳定性有利。本文针对该坝断面及其所设的内拱轴线进行了优化设计。大坝断面优化采用可行方向法和复合形法,在设计变量、目标函数相同的条件下,二种方法取得了几乎完全一致的结果。内拱拱轴线的优化设计采用逐次迭代法,取得的成果对原设计有显著改善。     

自重施加模拟方式对高拱坝工作性能的影响

为研究拱坝的不同自重施加方式对高拱坝的应力变形的影响,结合溪洛渡高拱坝实例,采取七种不同自重施加模拟方案,研究混凝土高拱坝在不同自重加载过程条件下对坝体结构工作状态的影响。有限元分析结果表明:受分步分块体形和自重累计影响,不同的自重施加模拟方式对拱坝的应力场与位移场的影响比较大,随着自重施加步数增多,仿真结果更为合理,水平拱向分层次数较竖直分缝数目对坝体性能影响更为明显,其中坝体的主拉应力和横河床方向位移变化最为敏感,分析成果对拱坝设计施工以及安全控制指标有一定的参考价值。     

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.