施工期分层浇筑与温度荷载对重力坝坝踵应力影响研究

【目的】坝踵应力是评价重力坝安全的关键性控制指标。重力坝设计时自重按一次施加,并未考虑施工期大坝实际浇筑过程及温度荷载,因此,【方法】以三峡重力坝工程泄2坝段为例,基于大坝设计资料和温度监测数据,对大坝混凝土的关键热学参数进行反演。在此基础上,模拟大坝施工过程、材料性能变化过程、气温变化过程、纵缝接缝灌浆过程、通水冷却过程以及表面保温措施,进行大坝施工期全过程工作性态仿真分析,研究施工期分层浇筑与温度荷载对大坝应力尤其坝踵应力的影响。【结果】结果显示:仿真计算得到的监测点的温度变化规律与实测值吻合较好;分层浇筑模拟时自重产生的坝踵竖向压应力为7.32 MPa,自重一次施加产生的坝踵竖向压应力为7.70 MPa;施工期温度荷载引起坝踵观测部位的竖向压应力增量最大值为1.1 MPa。【结论】结果表明:自重荷载的施加方式对重力坝坝踵应力影响较小,分层浇筑自重荷载引起的坝踵竖向压应力略小于自重荷载一次施加的情况;纵缝接缝灌浆后坝体温度回升导致中块挤压上块,进而引起坝踵部位产生较大竖向压应力,这可部分解释目前重力坝实测坝踵应力多为较大压应力的原因。

重力坝计算与实测坝踵应力差异中扬压力作用研究

坝踵应力是评价重力坝安全的重要指标,按无拉应力准则设计的重力坝采用有限单元法分析时往往出现较大的拉应力,但实际工程中未见观测到拉应力的报道,有的甚至出现较大压应力,同时实测应力变幅往往远小于计算值。本文统计了国内外24座重力坝观测结果,分析了坝踵应力蓄水前后变化特点,以一典型重力坝断面为例,采用材料力学法和有限元法对坝踵应力进行计算,对比分析了理论坝踵和实测坝踵应力变化规律,重点研究了扬压力对两个坝踵点应力贡献作用,揭示了计算和观测坝踵应力差异的原因之一。结果表明:理论上的坝踵应力是坝踵基岩一侧计入扬压力作用的有效应力,实测坝踵应力则是距基础一定距离、坝体混凝土内部的总应力,两者存在一个与扬压力接近的应力差;按无拉应力准则设计的重力坝,坝内测点不会出现拉应力,最小压应力为0.5~1.0倍的上游水头;实测坝踵的有效应力取决于渗流场和孔隙水压力系数(B系数),该点渗透压力变幅小于上游水头且存在滞后,致使应力变幅明显小于理论坝踵应力变幅;扬压力在理论坝踵和实测坝踵的作用差异是实测与计算坝踵应力差异显著的重要原因之一。

已浇筑碾压混凝土及裂缝对碾压混凝土重力坝的安全性影响研究

为了研究碾压混凝土(Roller compacted concrete,RCC)重力坝的碾压混凝土层厚度与结构裂缝对重力坝的安全性影响,以国内某RCC重力坝为例,构建并分析其静力有限元模型和裂缝发展有限元模型。结果显示,重力坝坝踵部位局部应力较高,且在超载系数处于2.50左右时,易发生整体破坏。仿真分析结果表明,大坝裂纹发展过程具有破坏突然性。在实际施工中,可通过增加碾压层厚度、加强裂缝检测以及加固补强等方式,提高RCC重力坝的安全性和使用寿命。

复杂基岩重力坝施工中应力稳定性以及加固方案研究

应力稳定性分析是重力坝设计的重要基础条件,采用有限元软件ABAQUS,结合复杂基岩条件下的工程情况,考虑断裂带和薄弱夹层对作用于坝基岩下的静力分析影响,分析大坝在不同工况下的横倾应力,并对重力坝改造措施的安全性进行评价。当弹性模量比取值为0.25~8.0时,坝脚处的最大拉应力取值区间为1.613~4.024 MPa。折减系数k值为2.7~2.8之间,两个方向位移均发生突变。随着施工高度和蓄水高度的增加,地基上部水荷载均增加。研究成果可为实际工程设计提供技术依据,对类似重力坝的结构分析具有一定的参考价值。

用工程类比分析法研究高拱坝坝踵开裂稳定性

本文提出高拱坝坝踵开裂稳定性分析的一种新方法———工程类比分析法 ,即选择河谷、坝高、体型条件相似的工程 ,采用同一计算程序 ,及等同的有限元网格模型进行平行计算 ,并以已建工程的运行监测资料为依据 ,对拟建工程的坝踵开裂稳定性作出评价。文中以二滩、K lnbrein拱坝作为类比计算对象 ,分析了即将兴建的小湾拱坝的坝踵开裂稳定性 ,并得出若干关于坝踵开裂安全的评价结论。

坝踵区岩体非均质性对重力坝坝踵应力的影响

混凝土坝的坝踵部位属高应力梯度区,是混凝土坝应力分析的关键部位。本文通过精细网格模拟研究了重力坝坝踵应力情况,就均质坝基和非均质坝基弹模变化对坝踵主拉应力的影响,得出了如下结论:①均质坝基弹模与非均质坝基敏感区域的变异单元弹模变化相同的幅度,非均质情况引起的坝踵应力的变化远大于均质情况。在用精细网格对坝踵进行模拟时,应同时考虑到该网格水平材料的非均质性,否则,精细网格计算也可能是徒劳的。②在非均质坝基情况下,坝踵最大主拉应力对坝踵相邻岩体(<1米)弹模变化极为敏感,稍远处局部岩体弹模的变化则影响很小。

高拱坝的开裂与体形优化

通过对小湾拱坝的弹性有限元计算，分析了坝踵区在拉应力作用下裂缝出现的可能性，进而描述了进行拱坝开裂分析所采用的裂缝模型，并给出了小湾拱坝出现裂缝的可能范围以及坝踵区应力变化的非线性有限元计算成果。讨论了开裂约束条件下拱坝体型优化的数学模型及强度控制指标和开裂深度控制指标。

高拱坝坝踵开裂问题和新的解决措施

国内外的工程实践、计算分析、模型试验表明,高拱坝,特别是坝高超过200m的特高拱坝,坝踵部位因施工期属于强约束区,运行期应力复杂,常常难以确定是否会在基础或坝体部位出现裂缝,而坝踵部位的裂缝有可能会因为高水压力作用发生水力劈裂而进一步扩展,影响拱坝的正常运行。本文提出了在高拱坝坝踵上游面强约束区设置柔性防渗体系的新思路,提出了大型框架式仿真试验方法,可以模拟300m高水压下的柔性材料防裂漏水问题,并对所推荐的材料进行了仿真试验论证。建议的材料和方案已应用于小湾拱坝工程。

考虑水力劈裂效应的重力坝坝踵裂缝稳定分析

混凝土重力坝坝踵开裂是重力坝常见的现象,由于高坝缝内存在较高的扬压力,水压的劈裂作用有可能驱使裂缝进一步扩展,严重影响坝体的安全性。基于大型有限元分析软件,建立重力坝数值分析模型,人为在坝踵附近设置不同深度的裂缝,分析不同位置、不同裂缝深度、不同缝内水压分布作用下裂缝的稳定性,以分析水力劈裂效应。研究结果表明,坝踵附近裂缝多处于压剪复合断裂模式,但在缝内高水压作用下,有可能变为拉剪复合断裂,也极易失稳扩展;随着裂缝长度的增加,水力劈裂效应愈加显著。

基于变形加固理论的高拱坝坝踵开裂分析

本文运用变形加固理论从变形稳定的角度来研究高拱坝坝踵开裂问题。变形加固理论揭示了加固力、自承力、外荷载、结构稳定性、变形之间的内在关系,指出在给定荷载下,结构出现不平衡力的区域为破坏先导区域,为抑止破坏所需加固力就是不平衡力的反向力。研究指出,拱坝坝踵区为不平衡力集中区,分析坝踵区不平衡力的分布和方向将有助于认清坝踵开裂模式,不平衡力的大小可以作为坝踵开裂的评价指标。文末以小湾拱坝为实例进行了计算。

坝踵混凝土体型对混凝土面板应力变形的影响

镶嵌混凝土面板堆石坝是一种可以改善高面板堆石坝应力变形的新坝型。利用平面有限元法分析计算不同坝踵混凝土结构高度、下游坡比、趾板位置时面板的应力变形和周边缝变位,进而探究镶嵌混凝土面板堆石坝中坝踵混凝土结构对面板应力变形的影响。结果表明:当坝踵混凝土结构高度从坝高的27%增加到坝高的40%时,面板的挠度和顺坡向应力都大幅减小;坝踵混凝土结构的下游坡比从1∶0. 4放缓到1∶0. 7时,面板应力变形变化幅度较小;趾板位置在坝踵混凝土顶部从下游向上游移动时,面板与趾板之间的周边缝张开变位和错动变位大幅减小了68. 7%和85. 8%。说明设置坝踵混凝土结构可有效改善面板的应力变形。

hardfill坝坝基弹模的变化对坝体应力影响的研究

为了了解hardfill坝的发展状况,并且研究hardfill坝在不同的建基面状况下的坝体应力的分布规律,对变化地基的弹性模量的大小、地基的均质条件及倾斜度,运用有限元软件计算,得出了坝踵、坝趾的应力变化规律,指出了hardfill坝体相对于重力坝的优势之一是对地基基础的灵活的适应性,得到了坝体不宜修建在不均质的地基基础之上、避免修建在软基上的结论。

小湾水电站高拱坝设计与基础处理

小湾拱坝高达294.5m,总水推力为176520kN。拱坝应力水平高,最大主压应力按10MPa控制。工程位于强地震区,拱坝抗震设防要求高。通过可行性研究、初步设计以及国家"九五"科技攻关等一系列研究,逐步解决了小湾拱坝体形优化、坝踵防裂防渗、抗震、泄洪消能、坝基基础处理和坝肩抗力体地质缺陷处理等关键技术。

混凝土重力坝局部等效应力法初探

在混凝土重力坝有限元应力分析中,坝踵和坝趾的应力随网格剖分尺寸的减小而急剧增大。针对该问题,提出局部等效应力方法,即对坝基面坝踵和坝趾局部区域进行局部等效处理,坝基面中间大部分区域仍采用有限元计算。通过对坝基面局部等效处理长度进行敏感性分析,认为坝踵、坝趾各取1/6￣1/4坝底宽进行等效处理,可以得到较稳定的等效应力值,坝踵、坝趾处最小单元尺寸应在1/12￣1/8坝底宽。进而基于局部等效应力法分析了坝基变模对坝体变形应力状态的影响,认为局部等效应力法能较好地反映坝基不同变形模量对坝体应力状态的影响。

基于ANSYS有限元的混凝土重力坝坝踵正应力分析

采用ANSYS结构分析软件,对某混凝土重力坝进行有限元应力分析,对比二维与三维模型,针对完建工况、运行工况中是否设置防渗帷幕及排水孔,研究了上游边坡坡率对坝踵正应力的影响,由此得出一些有价值的结论,供设计单位参考。

丹江口大坝加高工程坝踵应力研究

通过数值模拟分析,以丹江口大坝加高前设计蓄水位157m时,在坝体自重、上游水压力及相应水位下的扬压力等荷载作用下的坝体应力作为"初始应力状态",分析加高后的坝踵应力是否恶化以及提高施工期水位对加高后坝踵应力的影响程度。分析认为:与"初始应力状态"相比,加高后当库水位升至校核洪水位174.6m时,各坝段坝踵应力出现不同程度的恶化。提高施工期水位,对深孔坝段和厂房坝段的坝踵应力(库水位提高到正常蓄水位170m及以上时)没有明显的不利影响,对左联35号坝和右联7号坝段的坝踵应力稍有不利影响。

高混凝土重力坝坝踵裂缝水力劈裂特性分析

高水压作用下常年运行的高混凝土重力坝易存在水力劈裂破坏隐患,对某高混凝土重力坝坝踵裂缝水力劈裂特性进行数值分析,研究了缝内水压对高混凝土坝水力劈裂裂缝扩展的影响,探讨了高混凝土坝水力劈裂裂缝稳定性和坝基面抗滑稳定性。结果表明,当初始裂缝距离坝踵的高度为3.0 m,裂缝深度为2.0 m时,与不考虑缝内水压作用相比,缝内水压作用下坝体极限承载能力降低17.6%;当初始水平裂缝深度为2.0 m,裂缝距离坝踵的高度小于等于5.0 m时,坝体裂缝处于拉剪断裂模式;初始水平裂缝位于坝踵位置,缝内水压作用下坝基面抗滑稳定安全系数下降明显,下降速率为未考虑缝内水压情况的8倍,缝内水压作用对重力坝坝踵裂缝稳定及抗滑稳定不利。

高拱坝坝踵开裂机理研究进展

综述了国内外有关高拱坝坝踵开裂机理的研究成果，并针对奥地利２００ｍ高的Ｋｌｎｂｒｅｉｎ拱坝坝踵开裂的工程实际，分析了其坝踵开裂机理。最后，探讨了从中应吸取的经验教训。

混凝土坝坝基帷幕前扬压力的几个问题

混凝土坝帷幕前的杨压力直接关系到大坝的安全稳定．笔者依据实测扬压力资料，对照现行设计规范分析研究后指出，在多泥沙河流上，当坝前能形成铺盖时，坝踵设计扬压力可小于上游水深的规定与实测资料相符；帷幕前的实测扬压力图形超过规范假定值的情况不是个别现象，对其可能产生的不利效应需有充分的估计；帷幕前的扬压力水位在高库水位时产生脉冲上升和扬压力系数大幅度增大，是帷幕前坝基面应力状态趋向恶化的反映，应引起高度重视．

缝面水压力与地震作用下重力坝坝踵裂缝扩展数值模拟

为研究不同工况下,地震与缝面水压力共同作用对重力坝坝踵裂缝扩展的影响,以Koyna重力坝为例,利用扩展有限元法(XFEM)和相互作用积分理论,建立缝面水压力和地震共同作用下的重力坝坝踵裂缝断裂数学模型,研究不同的坝基与坝体弹模比、初始裂缝长度、缝面水压力分布对坝踵裂缝扩展的影响。计算结果表明:在缝面水压力均匀分布、初始裂缝长度一定的情况下,裂缝扩展长度随坝基与坝体弹模比的增大逐渐减小,扩展路径向坝基面靠拢;在坝基与坝体弹模比一定、缝面水压力均匀分布的情况下,裂缝扩展路径随着初始裂缝长度的增加逐渐增加且趋近坝基面;当坝基与坝体弹模比和初始裂缝长度一定时,随着缝面水压力系数的增大,裂缝扩展长度逐渐减小,裂缝逐渐向岩基扩展。