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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

带横缝预应力拱坝振动台模型试验与计算分析

为了探究施加预应力对带横缝拱坝抗震性能的影响,进行了振动台模型试验.试验模型采用新疆石门子拱坝的三心圆体型及特定刚性地基的方案(用型钢支架实现),研究了带横缝拱坝在动荷载作用下的反应规律.试验和计算结果表明,在施加预应力之后,不仅在一定程度上减小了横缝在强震荷载下的张开度,也在一定程度上提高了非整体拱坝结构的自振频率.与试验结果对比表明,计算预应力拱坝的简化数值模型基本上可以反映出拱坝在动力荷载作用下预应力钢丝或钢索对坝体动力反应的约束作用.     

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．     

拱坝非线性分析与极限荷载的估算

本文根据拱坝结构和应力分布的特点,假设坝段缝、边缘接触面和新老混凝土交接面是拱坝的几个强度薄弱面.由于这些面的开裂引起坝体应力的重分布.在有限元计算时采用六节点等参数单元,以单元高斯点的应力值确定坝体开裂范围,同时采用压扁的坝体单元来模拟坝体与地基的接缝.在拱坝非线性分析基础上探讨了拱坝极限承载能力的估算方法,由于接缝单元开裂后应力转移缓慢且拱坝破坏时坝体单元开裂很多,单纯用初应力法或变劲度迭代法已不能满足计算的需要,本文提出用交替迭代法可以得到较好的效果.     

强震作用下高拱坝抗震安全分析

一大批高拱坝在我国西部强震区建设、运行,高拱坝抗震安全至关重要。本文采用混凝土四参数损伤模型,模拟高拱坝在强震作用下的抗震安全问题。通过超载地震加速度峰值,研究不同超载倍数下,高拱坝抗震安全性能。分析表明,在强震作用下,坝体靠近建基面及坝体中上部损伤值较大,且随着加载倍数增加,损伤值逐渐加大,分布区域亦相应增加,当超载地震加速度峰值倍数为2.0时,坝体已偏于不安全。研究给出了高拱坝坝面损伤分布情况,为高拱坝抗震安全评价提供一种新的思路。     

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.     

江口水电站双曲拱坝整体稳定地质力学模型试验研究

通过整体地质力学模型试验，研究了江口水电站双曲拱坝坝体和坝肩的变形规律、破坏机理，综合评价了坝肩的超载安全度，并对江口水电站拱坝基础方案进行了验证.      

分缝拱坝的地震响应分析

采用非线性有限元法研究了带有横缝的拱坝在Ｅｌ Ｃｅｎｔｒｏ波地震作用下的响应。研究中认为坝体混凝土是线弹性体，对于横缝模拟了其连续，张开，闭合，相对滑移以及初始压力等多种受力状态。用有限元和半无限元相结合求解拱坝与库水的动力相互作用问题，算例给出了拱坝关键部位的应力和位移响应，考虑了不同水位，初始压力，抗拉强度等因素的影响，并与相应的线弹性情况的结果进行比较，最后通过综合分析对带有横缝拱坝的地震响     

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。     

灌浆横缝在砌石拱坝中的应用

砌石拱坝坝体采用灌浆横缝，防渗面板设宽缝，避免坝体预留宽缝而造成的施工困难.低气温期间坝体横缝进行接缝灌浆，防渗面板进行宽缝膨胀混凝土回填，使拱坝封拱质量有了保证，确保了拱坝结构的整体受力，大坝获得良好防渗效果.     

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.     

周边缝拱坝应力的弹性有限条元分析

本文应用壳体理论和有限条元法解周边缝拱坝的坝体变位与应力，导得坝体条元的刚度矩阵及等效结线荷载，编制了计算机程序和计算实例。     

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。