小湾拱坝坝体裂缝对拱坝受力和稳定的影响研究

通过三维非线性有限元计算和地质力学模型试验方法,分析无缝和有缝处理2种工况下,裂缝对小湾拱坝坝体应力分布、整体稳定性的影响以及裂缝进一步扩展的可能性。计算结果表明,2种工况的坝体应力分布基本相同,裂缝对坝体应力的分布影响不大。正常荷载下,裂缝基本全部处于压剪状态,不存在或存在很小的拉应力;裂缝继续开裂扩展的可能性不大。在超载工况下,有缝处理工况下非线性荷载为(3.2～3.3)P0(P0为正常水荷载),与无缝工况下的3.5P0接近;超载3.0P0之后,大坝裂缝局部地方出现开裂区,但整体上直到5.0P0后裂缝才影响到开裂区。大坝极限开裂状态与无缝情况下类似,有缝处理和无缝情况的整体稳定性相差不大。

小湾高拱坝整体稳定三维地质力学模型试验研究

结合小湾高拱坝坝肩坝基的地形、地质特征、软弱结构面分布状况、浅层松弛卸荷现象以及加固处理方案,建立三维地质力学模型,研制主要断层的变温相似材料,运用超载与降强相结合的综合法对整体模型进行破坏试验。通过试验获得小湾拱坝坝肩坝基的变形特征、失稳的破坏过程、破坏形态及破坏机制,得到强度储备系数为1.2,超载系数为3.3～3.5,确定拱坝坝肩坝基整体稳定综合法试验安全系数为3.96～4.20。对试验数据的综合分析得出,两坝肩中上部高程部位由于对断层和蚀变带采用了混凝土洞塞置换,其变位相对较小,破坏形态和破坏范围相对较轻,说明混凝土加固洞塞置换起到较好的加固效果。根据试验显示的破坏形态和破坏区域,建议对右坝肩下游1245m高程以上的断层F11和F10做一定范围的处理,对左坝肩推力墩以上部分岩体进行适当的加固处理。

混凝土拱坝温控的动态分析理论与实践

温控防裂是混凝土高拱坝的关键技术问题和难题之一。以小湾超高拱坝为背景,从混凝土材料、理论方法、施工及工程措施等方面系统地研究与温控防裂有关的核心技术问题,制定温度场仿真分析的合理、可行、科学的技术路线,建立拱坝温控的动态跟踪仿真反馈分析系统及信息化动态设计方法,提出抗裂安全度取值建议、合理的温控设计方案,实现拱坝施工期全过程仿真反馈分析及温控措施的动态优化设计。实践表明,该研究成果对指导小湾拱坝的设计、施工具有十分重要的理论意义和现实意义。

基于位移反分析的小湾拱坝稳定性评价

小湾拱坝坝体裂缝在大坝分阶段实际蓄水后开裂扩展的可能性以及裂缝对坝体应力、位移和坝体稳定性的影响,对大坝安全至关重要。通过对小湾拱坝坝体施工过程及坝体内部温度裂缝的模拟,基于多点监测资料进行非线性位移反演分析,得到符合实际的材料力学参数,进而对坝体进行三维非线性仿真计算研究,以预测坝体在下一阶段蓄水以及最终蓄水后的稳定性。结果表明,该反演分析方法反演得到的参数合理准确,预计的位移结果可靠、精度较高,能很好地对拱坝安全性进行评价;仿真分析预测成果与坝体后期蓄水后的实际监测成果和地质力学模型试验成果吻合良好,在正常水载下,坝体整体变形符合拱坝变形一般规律,同时裂缝发生开裂扩展的可能性很小;裂缝对坝体整体影响不大,对局部有影响,大坝极限开裂状态与无缝坝类似,坝面开裂均是由表面产生裂缝向内部发展,而不是由内部裂缝引发。

小湾拱坝诱导缝模拟计算

对小湾拱坝设置底部诱导缝进行了合理模拟,并应用三维有限元方法对设缝前后拱坝的工作性态进行了计算分析.结果表明:设置诱导缝,可改善坝踵附近的应力分布,从而起到保护坝体的作用,且对拱坝的整体稳定安全度影响很小.

小湾拱坝变形承载力及整体安全度评价与分析

运用三维非线性有限差分数值分析方法,研究小湾拱坝在多种工况下的应力场和位移场以及蚀变带、卸荷松弛岩体对拱坝安全度的影响。坝体建基面的抗剪验算表明小湾拱坝建基面的面安全度偏低,其主要原因除了小湾拱坝所受水推力超大外,建基面上由于开挖引起的岩体松弛效应也是重要原因。分析表明坝踵部位的受拉屈服范围已经接近于帷幕位置,必须引起重视并采区必要的防范措施。坝体分别按线弹性和非线性弹塑性进行超载分析,上游水压力超载引起小湾拱坝丧失承载力的安全度,前者约为6.5,后者约为3.5,因此小湾拱坝的整体安全度为3.5,应受坝体强度控制,右岸坝基安全度小于左岸。根据屈服破坏区的分布指出在右岸高程1160~1190 m之间由于坝肩下游深沟和蚀变带的存在,在超载系数大于5.0时,该将出现贯通性屈服。

基于有限单元法的高拱坝动力优化设计方法及其应用

利用分布式网络并行平台 ,建立了并行环境下有约束条件的非线性优化问题的复合形算法 ,解决了基于有限单元法的高拱坝动力优化设计问题 ,并对小湾拱坝进行了以主拉应力最小为目标函数的优化设计 .

小湾高拱坝上游坝踵人工短缝设置效果的深入分析

在已有研究成果的基础上,对小湾高拱坝坝踵附近人工短缝的设置效果进行全面、深入分析。采用无厚度的接触单元模拟人工短缝的工作性态,坝体混凝土本构模型采用单轴等效拉伸软化模型,分别采用整体模型和子模型对不同人工短缝设置高程、不同的缝内水压力进行了比较分析。从运行期的整体仿真计算结果来看,小湾拱坝设上游人工短缝后,坝踵应力可以得到较大的改善,且对坝体的整体性影响较小。为了更加合理地评价高拱坝人工短缝设置的效果,建议同时考虑施工期和运行期的荷载进行综合分析计算,为小湾拱坝人工短缝的设计提供科学依据。

小湾拱坝温度场及温度应力全过程仿真研究

小湾拱坝作为高拱坝,其温控防裂是保证坝体正常施工和安全运行的重要措施。采用三维有限元法对小湾拱坝22号坝段施工期温度场及温度应力进行全过程仿真分析,得到了其温度场及温度应力变化的一般规律。仿真中考虑了坝体材料的热力学性能、浇筑过程、环境温度变化、封拱和蓄水过程,仿真结果对小湾高拱坝的温控设计有参考价值。

小湾特高拱坝首蓄期坝体变形特性分析及评价

针对小湾特高拱坝首次蓄水期坝体变形备受关注的几个焦点问题,运用综合过程线对比、数学建模、数值仿真、数理统计分析等定性和定量方法进行分析,结果表明:小湾大坝坝体蓄水早期向上游方向倾斜(主要与库盘下沉有关),库水位是首蓄期坝体变形的最主要影响因素,坝体时效变形已趋于收敛。通过将数值仿真成果与实测值比较、模型分析与实测值比较、设计预警指标与实测值比较、小湾工程与同类工程实测值比较,认为小湾水电站特高拱坝经受了正常蓄水位工况下的综合考验,尽管变形量值较大,但变形规律总体正常,首蓄期大坝处于安全状态。

小湾拱坝右岸缆机基础开挖边坡的优化分析

基于加锚节理岩体力学模型应用三维弹粘塑性有限元法,对小湾拱坝右岸缆机基础高边坡的开挖过程和加固措施进行了数值仿真计算,进行了两种设计方案的比较和优化分析,对缆机荷载移动、地下水位、岩体强度参数等影响因素进行了敏感性分析,并在此基础上评价了边坡支护加固措施和边坡的稳定性。

三维快速拉格朗日法进行小湾拱坝稳定分析

三维快速拉格朗日分析是基于三维显式有限差分法的数值分析方法 ,它可以模拟岩土或其他材料的三维力学行为 ,可以准确地模拟材料的屈服、塑性流动、软化直至大变形 .由于采用显式差分法 ,它尤其适合于材料的弹塑性、大变形分析以及施工过程的模拟 .本文首先介绍了三维快速拉格朗日分析的基本原理及其特点 ,然后用美国ItascaConsultingGroupInc.开发的三维快速拉格朗日分析程序FLAC

强震作用下小湾拱坝横缝变形控制研究

在已有研究成果的基础上,以世界上第一高拱坝———292m高的小湾拱坝为工程背景,研究了横缝配筋的控制措施和高拱坝强震横缝变形控制的原则和分析方法,提出了考虑钢筋与坝体混凝土相互作用的横缝配筋三维动力非线性数值模型,对设计地震作用下的小湾拱坝进行了三维动力非线性分析,论证了该控制措施的有效性和可行性,并据此对小湾拱坝横缝配筋的布置进行了探讨,以期为高拱坝的强震控制提供有益的参考。

子模型法在小湾拱坝结构诱导缝及检查廊道中的应用

介绍了ANSYS软件子模型法的使用方法,说明了设置结构诱导缝的作用,并利用子模型法对小湾拱坝结构诱导缝进行有限元计算,使用APDL参数化语言进行相应的二次开发辅助计算,分析子模型法的适用场合及其优缺点.分析结果表明,用子模型法对结构物进行有限元分析,可以得到结构部分区域更加精确的数值解,大大降低了计算工作量,且有利于提高计算精度.

拱坝结构诱导缝力学参数反演分析及工程应用

针对拱坝结构诱导缝力学参数取值困难的问题,本文提出采用BP神经网络方法与有限单元法相结合的联合反演方法,对诱导缝接触面力学参数进行确定。该方法应用于小湾拱坝的计算分析,结果表明通过对诱导缝面关键力学参数的反演,有限元计算值与实际监测值吻合较好;在当前施工浇筑状态下整个诱导缝面处于受压闭合状态,诱导缝靠近上游侧的压应力和挤压变形大于靠廊道侧的压应力和挤压变形,并且中间坝段大于两端坝段。计算结果表明,本文所提出的方法对诱导缝力学参数取值是可行的。

基于施工期温度仿真的小湾高拱坝结构诱导缝设置效果分析

考虑施工期至运行期全过程瞬态温度荷载和水荷载的影响,采用无厚度的接触单元模拟诱导缝的工作性态,分别采用整体模型和子模型对小湾高拱坝坝踵附近诱导缝的设置效果进行了全面、深入分析。从整体仿真计算结果来看,小湾拱坝设上游结构诱导缝后,坝踵应力可以得到较大的改善,且对坝体的整体性影响较小。仿真计算结果为小湾拱坝结构诱导缝设计提供了科学依据。

地震危险性分析和地震动输入机制研究

结合溪洛渡、小湾等水电工程 ,研究 30 0m级高拱坝抗震设计中的基础性问题 :场址地震危险性分析中不确定性因素的影响分析、重大工程设定地震的确定、设计地震动输入机制等 ,建立了中国水利水电强震记录数据库 ,首次将地理信息系统 (GIS)高新技术用于水库诱发地震危险性预测分析。本专题成果为大型高拱坝工程的抗震设计提供了一套更合理。

考虑地基松弛后的小湾拱坝诱导缝布置分析

针对小湾拱坝出现地基松弛的实际工程条件,应用三维弹粘塑性有限元方法,分别对两种底部诱导缝布置方案进行对比分析计算,研究不同诱导缝布置方案对拱坝结构的影响,以及坝体内诱导缝面上的力学行为,综合评价在原设计方案基础上结构诱导缝沿左右岸各延伸两个坝段后的效果及其利弊.研究结果表明:两种方案的诱导缝设置高程均是合适的;与基本布置方案相比,诱导缝设置范围扩大后,对拱坝的整体影响并不显著,但对低高程局部部位的影响较明显,低高程部位坝基基岩的抗剪能力削弱明显,有可能影响坝基坝肩防渗体系的可靠性.通过综合考虑,建议采用基本诱导缝布置方案.

小湾拱坝坝基开挖及加固的三维弹粘塑性有限元分析

采用三维弹粘塑性有限元法对小湾拱坝坝基开挖及加固进行了分析,计算了初始地应力和渗流场的作用,模拟了分步开挖的过程,考虑了锚杆和锚索的加固效应,评价了爆破松弛对边坡稳定的影响.计算结果表明,边坡整体是稳定的,开挖设计合理,锚固措施得当.由于安全系数并不高,故提出了相应的建议,以进一步提高开挖边坡的稳定性.

小湾拱坝横缝配筋的非线性地震反应分析

小湾拱坝是待建的世界上最高的拱坝 ,由于强震作用下横缝张开对止水和坝体安全不利 ,是否采取横缝配筋的抗震加固措施是设计者迫切需要从理论上解决的问题。为此 ,首次将考虑横缝配筋的拱坝非线性分析模型应用于小湾拱坝横缝配筋的地震反应分析 ,计算结果表明 ,横向配筋可以显著控制拱坝横缝张开度、加强拱坝整体性并一定程度减缓由于横缝张开导致的梁向应力恶化的程度 ,但为防止梁向开裂 。