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。     

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。     

三峡非溢流重力坝应力位移模型试验研究

针对三峡水利枢纽工程非溢流重力坝横断面上的应力和位移进行模型试验研究.使用DH3816静态应变测试系统和千分位移计分别测量模型的应变和位移,对测试值进行计算分析和图形绘制.结果表明坝体的上游面出现了显著的拉应力集中现象,最大值出现在坝踵处,同时在下游面出现了较大的竖直压应力,最大值出现在坝趾处,但应力值均小于坝体混凝土和地基的抗拉及抗压强度;坝体位移呈抛物线状,坝体处于弹性状态,大坝运行状态较为正常.     

兰溪桥重力坝加高后关键部位的应力特性

重力坝加高后会带来坝踵应力恶化、新老坝体结合面开裂及新混凝土表面裂缝等问题.针对兰溪桥重力坝加高工程自身特点,运用三维有限元方法,对加高后的温度、应力进行了精细化仿真计算分析.计算结果表明,加高后坝踵应力并未恶化;水库蓄水时,在坝体上游面短期内会产生较大拉应力;新老坝体结合面应力主要是法向正应力和沿坝坡方向的切应力;新浇坝体在采取适当温控措施后可以满足防裂要求.综合各方面考虑,兰溪桥重力坝常态混凝土加高方案是可行的.     

基于混凝土损伤和断裂力学的重力坝体型优化设计研究

重力坝体型优化设计一直以来都是一个重要的研究课题.在常规优化设计考虑应力和稳定性约束条件的基础上,采用有限元软件ANSYS的一阶优化法,将混凝土指数函数损伤理论与断裂力学运用到坝体优化中,将坝踵区损伤控制在峰值损伤之内,限制坝体损伤的进一步发展;重力坝在运行过程中不可避免的会产生裂缝,尤其是在坝踵附近,考虑裂缝的产生并采用K判据分析裂缝的稳定性.将该方法应用于某重力坝的体型优化设计中,得到的考虑损伤后的优化设计结果虽比常规优化设计断面面积稍有增大,但可以控制损伤的进一步发展,所以更加安全.在加入损伤约束的基础上进一步考虑裂缝的产生,得出了即便在产生裂缝的情况下,坝体也能安全工作的剖面形态,且在优化过程中可以节省材料.此方法可为今后的重力坝设计提供一定的理论基础.     

观音岩碾压混凝土重力坝动力分析

在VII度设防烈度下,按《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073—2000)的标准和方法对观音岩碾压混凝土重力坝泄水坝段进行三维有限元动力计算。分析其地震动力响应,泄水坝段坝趾、坝踵及进水口、泄水口的应力、应变状况。计算结果表明,坝体满足抗震设防要求,是安全可靠的。     

贵州省长寨水电站大坝设计

长寨水电站大坝是置于玄武质凝灰岩上的一座重力坝,其坝型选择、断面设计、坝顶高程确定、坝体的抗滑稳定、应力计算、基础处理等设计、分析与计算是根据该坝的地质条件和运行情况进行的,并且各项指标均满足规范要求。     

龙滩重力坝21坝段及引水道三维结构分析研究

采用三维有限元法,对龙滩碾压混凝土重力坝21坝段坝体及引水道组合结构进行了分析.研究了施工期及运行期4种工况下坝体的应力变形情况,重点了解了引水道沿水流方向8个剖面的环向应力、闸门槽周边正应力及坝内3个廊道周边环向应力,并对计算结果进行了分析评价.最后文中给出了一些建议,为结构的设计、施工提供参考依据.     

某拱坝线弹性有限元法坝体应力分析

本文采用线弹性有限元法计算了某拱坝正常蓄水位+温升、正常蓄水位+温降工况的坝体应力,除温升工况上游坝面的主压应力外,拉、压应力均满足应力控制标准。线弹性有限元法与拱梁分载法计算的坝体最大应力、位移值为同一量级,但具体数值和出现部位有差别,体现了不同计算原理和计算模型带来的差异。     

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.     

水电站框格重力坝应力及稳定分析

为研究广西拉浪水电站扩建工程破坝开孔对坝体稳定性的影响,运用了规范规定的材料力学法并结合三维有限元软件,对4个施工步骤共7种工况下进水口及整个坝体应力及稳定性进行分析,结果表明:材料力学法计算的孔口底部截面最大压应力为0.67MPa,最小压应力为0.34MPa,坝基截面最大压应力为0.63MPa,最小压应力为0.06MPa,均满足《混凝土重力坝设计规范SL319-2005》中坝体上游面的垂直应力不出现拉应力且不大于混凝土允许压应力的要求。进水口以上坝体抗滑稳定安全系数K为1.24,K′为5.28,全坝体抗滑稳定安全系数K为1.10,K′为3.10,均大于《混凝土重力坝设计规范SL319-2005》规定的K为1.0与K′为2.5,满足抗滑稳定要求。在孔口周围、压力管上弯段及下弯段存在局部拉应力区,建议在局部拉应力区合理配筋。     

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。     

湿化作用对粘土斜心墙坝应力变形影响

在坝体粗粒料湿化变形室内试验研究成果的基础上,结合粘土斜心墙坝蓄水变形及实际运行中存在的问题,进行了有限元仿真计算.分析结果表明,在蓄水湿化变形后,坝体的最大沉降区域向心墙上游侧偏移,上游侧坝体围压显著降低,坝体上游侧应力水平增大.这与大坝变形规律较吻合,由此可知,文中所示方法是可行的,研究成果具有一定的工程参考价值.     

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.     

新型混凝土-堆石混合坝的基本力学特性

吸收堆石坝和混凝土重力坝的优点并克服其缺点,提出了一种新型的混凝土-堆石混合坝技术,该坝型的特点是：坝体由上游带支墩的混凝土墙和下游堆石体组合而成,支墩设在混凝土墙后并以一定距离分布,混凝土墙和堆石体之间设置垫层和过渡层。以某心墙堆石坝工程为对象建立了混合坝数值模型,分析混合坝在竣工和蓄水工况下的坝体应力和变形特征,并与原心墙堆石坝工程性状进行对比分析。研究表明：混凝土墙后土压力呈非线性分布;混凝土墙受力以压弯为主,最大拉应力出现在墙踵处;支墩受力以弯剪为主,最大拉应力出现在支墩与混凝土墙连接处;堆石体整体应力水平比心墙堆石坝降低,安全性有较大幅度提高。技术经济分析比较表明,与心墙堆石坝相比,混合坝具有安全稳定、保护环境、节约材料等优点。     

基于有限元法的高混凝土坝温度场反馈分析模型探讨

高混凝土坝温度应力是导致坝体上游劈头裂缝以及内部贯穿裂缝的重要原因.如何依据实测资料正确反馈分析温度场,是计算大坝真实应力状态、全面评价大坝安全可靠度首要解决的问题.探讨了基于有限元法的温度场反馈分析模型,给出了边界条件、施工参数、材料参数等的确定方法;提出了两种推算实际库水温度变化的近似方法;指出反馈模型调整的关键问题在于通水冷却、坝踵附近边界条件及基岩温度;最后通过索风营重力坝对反馈分析模型进行了应用验证.     

铬青铜超塑性压缩试验

对工业用铬青铜ＱＣｒ０．５－０．２－０．１进行了超塑性压缩试验研究,测定了其超塑流变曲线、ｍ值,考察了温度、应变速率对流变应力的影响以及超塑压缩变形后的显微组织。结果表明,在７４０～８２０℃,应变速率１．６７×１０－４～１．３３×１０－３Ｓ－１的范围内该合金具有较好的超塑性,为其超塑成形工艺提供了试验依据     

小浪底水利枢纽进口导墙布置形式的试验研究

小浪底是黄河干流上的大型水利枢纽工程，由于坝址处地质条件的限制，泄水建筑物布置在与干流垂直的风雨沟内。黄河的多泥沙特性及泄水建筑物特殊的布置形式，使得枢纽进口导墙的布置形式对泄水孔口的淤堵状况有着重要的影响。在原布置形式的基础上，提出了修改后的进口导墙布置形式并对此进行了试验研究。不同坝前水位和入库水沙条件的试验结果表明，泄水建筑物前可以形成单一逆时针方向的回流、主流顺坝流动、侧向泄流的有利流态。在此种流态下，泄水建筑物门前能够形成宽度为７０～２００ｍ、边坡为１∶５．０～１∶１．４３的小漏斗，可以保持泄水孔口不发生淤堵。     

建议一种新的大头坝坝型——梯形坝

本文建议的坝型,在力学性质和形式上,介乎重力坝和大头坝之间。每个坝垛的上下游 厚都是常数,而上游厚度比下游厚度大三至四倍。坝垛的每一水平面都是梯形。 这坝型具备策略坝在稳定的强度方面的优点,但比较经济,并且容易散热,坝底浮托力 亦较小。 这坝型具备大头坝在经济方面的优点,但施工比较容易,而且可以避免头部的拉应力区。 根据建议的布置,通到坝后水电站的引水钢管。并不致削弱坝身,而且可以有利于坝垛 的横向稳定。 文中提出了理论计算的方法,计算结果显示坝垛下游有类似应力集中的现象。但是根据 三向偏光弹试验,这现象并不存在。坝垛的应力可以近似地用林料力学公式,假定应力σｙ 左水平断面中作直线变化的假定加以计算。