水利施工中碾压混凝土拱坝诱导缝开裂分析研究

为了合理的设置诱导缝,保证拱坝施工稳定性,提出水利施工中碾压混凝土拱坝诱导缝开裂分析研究。建立碾压混凝土的本构模型,通过本构模型分析混凝土的本构关系,获得应力和应变之间的关系;在模拟过程中通过薄层实体接缝单元完成诱导缝的计算与模拟;设计了计算条件并设置了分缝方案。在不同方案下对诱导缝的开裂情况展开判断和分析,获取混凝土拱坝的应力变化趋势,以此完成碾压混凝土拱坝诱导缝的开裂分析。结果表明,诱导缝区域混凝土拱坝应力明显低于其他区域,应力减小的幅度和与诱导缝距离之间呈反比,区域产生的应力与诱导缝距离越远越小。

高碾压混凝土拱坝分缝形式及破坏机理研究

本文结合四川沙牌碾压混凝土(RCC)拱坝,通过结构模型破坏试验,对RCC拱坝的分缝形式、坝体开裂与破坏机理进行研究,分析了诱导缝、横缝、周边缝等分缝形式对坝体的影响,确定了两条诱导缝加两条横缝的方案为选定方案。根据选定的分缝方案,探讨含诱导缝坝体的开裂破坏机理。研究中采用断裂力学理论,求得考虑尺寸效应的材料断裂韧度值和建立诱导缝的应力强度因子计算式,并通过分析断裂韧度与应力强度因子之间的关系,从理论上推导出诱导缝的开裂相似条件。据此提出在结构模型中模拟诱导缝的方法,在结构模型试验中实现对诱导缝的相似模拟,观察到坝体的开裂过程、破坏形态和破坏机理。试验结果已应用于沙牌拱坝工程的设计和施工中。

普定碾压混凝土拱坝温度场仿真研究

利用ANSYS软件及其二次开发技术,基本实现了碾压混凝土拱坝温度场全过程的仿真计算. 根据数值仿真计算并结合理论分析及我国首座碾压混凝土拱坝某些温度监测数据,得出了影响坝体温度场变化及其仿真计算可靠性的主要因素. 为检验普定拱坝温度场仿真分析结果的合理性,将仿真结果与实测值进行了比较分析,计算分析结果可为深入研究普定碾压混凝土拱坝真实工作性态提供参考依据,具有一定的工程应用价值.

碾压混凝土拱坝诱导缝的等效强度研究

根据碾压混凝土拱坝诱导缝的构造特点，利用大比尺楔入劈拉试验成果，将诱导缝在稳定扩展中断裂过程区应力分布与相应的变形（张开度ω）联系起来，建立了诱导缝的等效裂纹断裂模型。利用等效裂纹断裂模型，计算了某碾压混凝土拱坝诱导缝的等效强度．结果表明，等效强度可以作为诱导缝的开裂准则。

碾压混凝土拱坝设人工短缝的应力释放及止裂作用

大仓面碾压混凝土拱坝横缝少 ,整体性好 ,仓面准备工作量少 ,浇注工艺简化 ,施工速度快 ,省水泥和温控措施 ,但施工期内外温差约束强 ,运行期均匀温降及温差应力大 .拱结构研究表明 :在上游坝肩拉力区设人工折缝 ,将折缝缝端置于低应力区 ,下游面拱冠设径向短缝 ,可以大大减少或消除温度和水压引起的拉力 ;从近缝两侧有限元节点位移差直接求得缝端应力强度因子 ,和缝端止裂措施组合韧性比较 ,可以保证人工构造缝的稳定 .该设计已用于碾压混凝土工程 ,实测表明在超高水位下运行时人工短缝张开小于 1mm ,止裂措施后实测应变小于 37个微应变 ,止裂效果好 ,人工缝保持稳定 .

碾压混凝土拱坝单向间隔诱导缝等效强度研究

通过对混凝土试件断裂韧度的分析,得到了碾压混凝土断裂韧度的尺寸效应规律,将该规律运用到单向间隔诱导缝等效强度计算公式中,得到与缝长有关的强度计算公式,并得出相同面积折减率下单向间隔诱导缝等效强度随缝长的增加而减小的结论。由诱导缝断面强度剩余率曲线又得到诱导缝断面强度剩余率随缝长的增加而减小,随强度等级降低而增大的结论。据此提出了碾压混凝土拱坝中诱导缝应选择相对较长的尺寸,坝体选用的混凝土强度等级在对坝体温度应力影响较小的情况下应适当提高的建议。

沙牌碾压混凝土拱坝温度徐变应力仿真计算

根据沙牌工程混凝土徐变试验资料 ,按混凝土固化徐变理论 ,分解了沙牌碾压混凝土徐变度函数 ,得到了沙牌混凝土粘弹性相变形、粘性相变形的数学表达式 ,提出了混凝土的非线性徐变应力计算方法 ;根据沙牌碾压混凝土拱坝的材料参数与环境参数 ,模拟了混凝土的施工过程 ,得到了沙牌碾压混凝土拱坝的三维温度场与三维应力场的仿真计算成果 ;比较了混凝土线性徐变应力理论与非线性徐变应力理论下拱冠剖面不同高程、不同部位大坝混凝土应力随时间的变化过程 ,得出了一些有意义的结论 ,可供大坝温控设计参考 .

沙牌碾压混凝土拱坝诱导缝开裂研究

根据碾压混凝土拱坝诱导缝构造特点,分别将矩形诱导缝简化为穿透形裂缝和深埋椭圆形裂缝,假定为I型开裂;考虑相邻裂缝的影响,采用虚拟裂缝模型和线弹性断裂力学相结合的方法,建立了诱导缝失稳扩展时的亚临界扩展量和等效应力强度因子的解析表达式.结合碾压混凝土的试验断裂参数,计算了沙牌碾压混凝土拱坝诱导缝的等效强度,并将此结果应用到三维非线性应力场仿真分析中,对沙牌拱坝进行了开裂计算分析.计算结果表明,等效强度可以作为诱导缝的开裂准则.

碾压混凝土拱坝温度场计算的浮动网格法

根据碾压混凝土拱坝的施工特点,提出了模拟施工过程计算坝体温度场的三维有限元浮动网格法;根据碾压混凝土的热力学特性,对浮动网格法的可行性和误差进行分析论证;对采用浮动网格法和不采用浮动网格法计算结果进行了对比分析;根据某碾压混凝土拱坝的温度观测资料,对计算成果进行了检验。结果表明:采用三维有限元浮动网格法,既能保证计算精度,又大大提高了计算效率,为碾压混凝土拱坝模拟施工过程进行温度场计算分析提供了有效途径。

高碾压混凝土拱坝温控可靠性分析

运用可靠度理论,考虑大气温度和关键混凝土参数的不确定性对拱坝温度场、应力场的影响,并将其作为随机变量,以控制拱坝施工期坝体最高温度为例构建坝体最高温度控制功能函数,采用响应面法解决功能函数无法显式表达的问题,从而建立拱坝施工期坝体温控失效概率和可靠度指标求解新模式。计算结果显示,与蒙特卡罗法计算结果的相对差别不超过8.36%。新方法在解决实际工程问题时可避免大规模的数值计算,在保证计算精度的前提下大幅提高了计算效率。

碾压混凝土拱坝诱导缝等效强度双参数断裂模型

对两种尺寸碾压混凝土三点弯曲梁进行了断裂试验,获得了荷载和裂缝口张开位移P-M全曲线及荷载和加载点位移P-δ全曲线,分析了碾压混凝土的断裂参数、临界有效裂缝长度和临界裂缝尖端张开位移等一系列空白参数.运用双K和双G断裂理论,分别建立了碾压混凝土拱坝诱导缝等效强度的非线性断裂模型和断裂能量分析模型,从非线性应力场和能量释放率角度明确了诱导缝的起裂、稳定扩展和失稳扩展的计算方法,对两种模型计算结果进行了相互比较,并用有限元和沙牌拱坝的工程实际观测值验证了模型的可靠性.给出了拱坝诱导缝的最佳布置间距、设置位置等.实践证明,该模型可提高碾压混凝土拱坝诱导缝的设计水平,且具有工程实用价值.

碾压混凝土拱坝的发展与展望

近年来碾压混凝土拱坝在水利工程中得到了广泛应用,相应的规模也越来越大。首先简述了国内外碾压混凝土拱坝的发展概况;并以实际工程为背景,根据碾压混凝土材料、坝体分缝、坝体抗裂防渗以及施工技术等几个方面的工程实践经验,对碾压混凝土拱坝筑坝技术的最新进展进行了归纳和总结;最后从碾压混凝土材料、施工技术、拱坝的发展方向和仿真计算分析等方面探讨了碾压混凝土拱坝今后的发展趋势。通过对碾压混凝土拱坝设计、施工技术成熟经验的总结,将对碾压混凝土拱坝的建设具有指导和推动作用。

碾压混凝土拱坝破坏试验中诱导缝相似模拟研究

以沙牌碾压混凝土拱坝的模型试验为例,运用断裂力学理论,推导出了模型破坏试验中诱导缝模拟的相似条件,得出了在碾压混凝土拱坝破坏试验中,原型与模型拱坝要满足常规结构模型试验的相似关系,同时诱导缝模拟还要满足诱导缝开裂相似条件及诱导缝抗剪断强度相似条件的结论。

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。

碾压混凝土拱坝诱导缝的作用探讨

对碾压混凝土拱坝中设置诱导缝的工作机理和作用进行了探讨 .实例计算结果表明 :在诱导缝未开裂时 ,其削弱程度对坝体应力的释放程度有很小的差别 ,而对坝体应力分布规律几乎没有影响 ;一旦诱导缝开裂 ,则坝体中的拉应力大为降低 .这说明只有合理地设置诱导缝 ,才能使其发挥释放应力、保护坝体的作用 .

碾压混凝土拱坝诱导缝开裂试验研究

通过多组由深埋椭圆裂缝、深埋矩形裂缝和穿透裂缝3种型式形成不同削弱度的碾压混凝土试件轴拉试验,研究了试件的应力强度因子,分析了不同裂缝的应力强度因子计算公式。由于试件的断裂韧度与裂缝形式无关,假设深埋矩形预留缝试件的应力强度因子可以由深埋椭圆预留缝或穿透预留缝试件的应力强度因子通过修正求得,建立了矩形预留缝试件应力强度因子的近似解析表达式。考虑了尺寸效应后,求得碾压混凝土材料的断裂韧度。根据碾压混凝土拱坝诱导缝的构造特点,并考虑了相邻缝的影响计算出诱导缝开裂的等效强度。这一结果应用于沙牌碾压混凝土拱坝开裂计算的三维非线性应力场仿真计算中。

桑郎碾压混凝土拱坝温度场仿真分析

利用三维有限元法,对桑郎碾压混凝土拱坝进行了全过程仿真分析.分析中考虑了混凝土绝热温升随龄期的变化、分层浇筑和夏季停工渡汛等影响因素,得出了温度场分布及其随时间的变化规律.

安徽流波水电站碾压混凝土拱坝裂缝处理

安徽流波水电站碾压混凝土拱坝在施工过程中,坝体相继出现了坝面及廊道贯穿性裂缝、层间裂缝等不同类型裂缝,且包括诱导缝(横缝)在内的各种裂缝均有不同程度的渗(漏)水现象。根据对碾压混凝土配合比、施工进度及坝体过水情况的分析,认为裂缝形成原因主要体现在原材料质量控制、施工组织设计、层面处理、温控措施等方面。为此采取了相应的表面封闭、灌浆及并缝等处理措施。而且,本文结合裂缝处理效果分析,提出了碾压混凝土坝在施工质量控制过程应注意的若干问题。

碾压混凝土拱坝温度场和应力场仿真计算研究

采用三维有限元法模拟某碾压混凝土拱坝的施工过程,进行了温控仿真计算,分析了该工程温度场和应力场的分布规律,提出了温控推荐方案。结果表明:采取初期、中期和后期冷却措施后,大坝的最高温度满足碾压混凝土坝设计规范要求,同时也满足封拱灌浆要求,最大温度应力小于混凝土的允许拉应力。

坝体及地基弹性模量分区对碾压混凝土拱坝应力应变的影响

为改善碾压混凝土拱坝的应力应变分布状态,以某碾压混凝土拱坝为基础模型,利用有限元分析软件ANSYS模拟分析了5种坝体材料分区和3层地基材料分区碾压混凝土拱坝的动力响应特性及坝体应力分布。结果表明,随坝体材料弹性模量的整体提高,拉应力值由未分区的1.418 MPa减小至1.374 MPa,顺河向动位移均方根显著减小;坝体中下部地基弹性模量的选择对碾压混凝土拱坝应力分布影响较大。研究成果可为碾压混凝土坝温控防裂提供参考。