高拱坝伸缩横缝间布设抗震钢筋的动力反应分析

应用动力非线性子结构理论,对设置伸缩横缝的小湾高拱坝实际工程结构抗震分析中的坝体横缝加抗震钢筋问题进行了研究。讨论并建立了坝体伸缩横缝在地震荷载作用下穿越缝间抗震钢筋的数学模型,给出了动力非线性子结构法考虑缝间抗震钢筋影响的求解公式;并就正常高水位常与低水位两种水位工况,对坝体的抗震性能进行了计算分析。讨论了在地震荷载作用下抗震钢筋对坝体横缝张开度、坝体应力以及加速度响应的影响。     

考虑混凝土应变率变化的高拱坝非线性动力响应研究

提出一种新的应变率相关的混凝土非线性弹塑性损伤模型。采用此模型对混凝土拱坝的非线性地震响应作了分析。在综合考虑坝-地基-库水动力相互作用和坝缝非线性接触的基础上，着重研究了混凝土应交率相关效应及加载历史对混凝土极限强度等重要参数及拱坝响应的影响，并与采用不考虑应交率影响的混凝土损伤模型计算结果进行了对比分析。结果表明，拱坝考虑横缝作用后的坝面应变率分布不同于整体拱坝。应交率分布形态不仅可以很好地表征拱坝的振动形态，而且对于高拱坝的动力响应的影响也不可忽略。     

非线性子结构方法中实现对结构抗震措施阻尼器的数值模拟

应用子结构理论,对设置伸缩横缝的小湾高拱坝结构,分别就正常高水位常遇低水位两种水位工况,考虑坝体伸缩横缝在地震交变荷载作用下反复开合引起的缝面问滑移．接触等效应的影响,坝体一库水的相互作用而产生的动水压力的影响,对坝体的抗震性能进行了地震反应分析。对伸缩缝问设置阻尼器这一新的设计思想进行了可行性的研究,论证推导了阻尼器的计算模型,探讨了阻尼器对坝体结构抗震性能的影响。     

高拱坝动力特性与动力响应模型试验研究

高拱坝的动力破坏特性越来越受到关注,动力特性和动力响应是其研究的一个重要方面。通过模型试验的方法研究高拱坝动力特性和动力响应的特征,动力特性试验比较了完好结构与有施工横缝结构的基阶动力特性,表明当结构存在施工横缝时,结构基阶频率降低,阻尼增大。结构动力响应采用振动台模拟地震波激励,试验结果表明,完整结构与有施工缝结构动力响应具体数据不同,但规律相同。加速度最大响应沿拱顶水平向在坝中拱顶的值最大,向两边的坝肩处,加速度最大响应逐渐减小。沿拱坝垂向加速度最大响应从坝顶到基础,响应均逐渐减小。试验结果可为高拱坝结构动力安全研究提供技术依据。     

缝水压力和裂缝面接触条件对重力坝裂缝扩展影响

基于多边形比例边界有限元模拟了重力坝裂缝扩展过程,综合考虑了坝-库水-地基相互作用、裂缝面接触和缝水压力的影响。其中该接触模型能够有效防止裂缝面的相互嵌入;该缝水模型除能考虑裂缝面开合速度、缝隙宽度和水流形态对缝水压力分布的影响,还可基于连续性条件模拟缝内水体流动和空化的现象。以Koyna坝裂缝扩展为例,研究了裂缝面接触条件和缝水压力对计算结果的影响。结果显示,考虑接触的影响,震损较为严重。而与假定为常水压力分布的情况相比,实际的缝水压力分布形式对结果影响较为复杂。在裂缝张开时,减小了裂缝扩展的可能,而在裂缝闭合时正好与之相反。     

考虑局部切向约束接触问题的直接刚度法

针对工程中大量存在的切向滑移受到约束的接触问题,提出了基于Lagrange乘子的点-面及点-点接触直接刚度法,该方法生成的接触协调条件可以直接组装到结构刚度阵中,从而可直接用于考虑存在结构几何非线性及材料非线性的接触问题分析中。采用这一算法进行了考虑拱坝横缝张合效应的地震响应分析,结果表明考虑切向滑移约束对接触中的张开度有明显影响。     

高水位运行下近水面水下爆炸对拱坝结构的影响

为预测近水面水下爆炸作用下拱坝结构的动态响应和损伤,基于有限元程序Abaqus/Explicit,采用声学介质描述库水,并采用拱坝-地基-库水系统有限元模型,考虑键槽作用的两种极端情况(完好和失效)及混凝土的受拉、受压损伤,假设50kg当量TNT炸药爆炸距离大坝迎水面水平距离为10m,对某133m高的薄拱坝进行了持时1s的显式动力时程分析.计算结果表明:靠近爆炸源的坝段径向加速度响应峰值大于其它坝段1倍以上,键槽失效情况下3号坝段向上游方向的位移峰值比键槽完好情况时大28%,键槽是否正常工作会影响大坝各坝段之间的动力响应传递,导致坝体损伤发展的差异;坝体损伤范围比较集中,0.3s 后损伤发展基本完成,坝面不会出现大面积的宏观断裂破坏;键槽失效时,3号坝段底部下游两侧混凝土可能破坏,可考虑在拱坝横缝上配置跨缝钢筋作为键槽失效情况的安全储备.     

改进的坝肩动力稳定分析方法研究

基于动接触降强算法,以结构面上接触点对全部屈服破坏即接触点对控制面积全部屈服作为失稳判据,提出了一种改进的坝肩动力稳定分析方法。通过对遭受实际地震的某碾压混凝土拱坝坝肩稳定动力分析,结果表明:利用改进的坝肩动力稳定分析方法,左岸坝肩岩体稳定安全系数为2.4,右岸坝肩岩体稳定安全系数为3.0;利用拟静力法,左岸为2.116,右岸为2.945;与拟静力法相比,改进的坝肩稳定分析方法考虑了坝肩岩体结构面的非线性特性,反映了结构面上非线性特性引起的拱端推力的变化,所以本文方法计算得到的坝肩稳定安全系数是较为合理的,能够较为真实地反映拱坝的抗震工作性态。     

削弱度和诱导片数量对碾压混凝土诱导缝等效强度影响研究

碾压混凝土拱坝通常采用预设诱导缝的形式缓解坝体内部的热拉应力,因此为保证坝体的安全和稳定,诱导缝的合理布设尤为重要。本文通过对9种不同诱导片布置形式的碾压混凝土双向间隔诱导缝试件进行轴向拉伸试验,并结合仿真模拟结果验证试验建立的双向间隔非穿透型诱导缝等效强度模型的正确性和可靠性,研究削弱度和诱导片数量对碾压混凝土诱导缝等效强度的影响。结果表明:碾压混凝土诱导缝等效强度随着削弱度的增大而减小,且两者为负相关线性变化,当诱导片为1片、2片、3片时,相关系数依次为-1.1446、-1.1084、-1.0973;诱导缝等效强度值随诱导片数量增加而逐渐降低,两者呈对数相关关系变化,诱导片由1片增加至2片、3片的过程中,相关系数依次为-0.246、-0.236、-0.238;诱导缝断裂时与自然裂缝变化规律相似,过程均为起裂-稳定扩展-失稳扩展。本文研究成果可为碾压混凝土坝诱导缝的布设提供参考依据。     

混凝土三维裂纹应力强度因子的简化算法

根据混凝土特性,本文提出了一种计算脆性材料三维裂缝应力强度因子的有限元方法,用以分析混凝土结构物中裂缝的稳定性及危害程度.其特点是不需要在裂缝尖端附近区域划分过细的网络,也不用引入特殊尖端单元,便于在工程中使用.本方法曾用于某拱坝坝肩裂缝稳定判别及应力重分布计算,效果良好.     

特高拱坝有限元网格尺寸与离散误差分析

与世界上200米级高度以上的特高拱坝相比,我国已建和在建的6座特高拱坝具有顶底宽度比、顶底厚度比和弧高比均大的特殊体型和齐顶总水压力大的特点.论文在推导了形状和受力均与特高拱坝相近的空心球体热-结构耦合计算公式、并进行理论解和有限元解误差对比分析的基础上,以我国某特高拱坝为例,按照拱冠梁底部厚度作为划分坝体单元尺寸指标,采用易于剖分特殊体型的普通四面体二次耦合单元,方便快捷地实践了该种单元对某特高拱坝的网格划分,探讨了不同有限元网格密度的误差和收敛情况,分析了拱坝的特殊受力状况,并提出了在普通微机上采用该种单元和强耦合方法操作计算特高拱坝力学行为时,从计算精度、方便操作和计算成本等方面均可接受的坝体单元尺寸.研究表明,只要坝体单元尺寸取为0.25倍坝底厚度左右时,除应力奇异和集中区外,其余大部分区域的计算结果误差均很小,坝体能量误差泛数小于10%,计算成本也仅是几分钟.由于我国特高拱坝的形状都较为相近,此结论具有一定的广延性.     

含缝拱坝强震失效破坏振动台试验研究

为探究强震时含缝拱坝结构的承载能力及失效路径,在振动台上开展了一系列拱坝模型强震失效破坏试验.基于弹性力-重力准则设计试验,分别进行了不分缝、只有横缝、诱导缝与横缝联合作用这三种情况的振动台模型试验,试验中考虑了材料率相关性的影响,忽略了库水-拱坝相互作用.结果表明,强震作用时由于设缝处的抗拉能力较低,导致缝位置首先发...     

某高坝工程坝肩侧裂结构面基本特征及量化模型研究

某高拱坝工程, 坝肩抗滑稳定的侧裂边界主要受与河流呈小角度斜交的随机结构面 (基体结构面 )控制。查明这类结构面的工程地质性状, 提出其量化评价指标, 对该高拱坝工程坝肩稳定性评价和相应设计参数的取值具有重要的工程实际意义。本文基于大量的现场调查工作, 获取了侧裂结构面数万个现场实测数据。基于这些数据, 作者对侧裂结构面的发育状况和工程地质特征作了全面的分析和定量评价。在此基础上, 提出了坝肩抗力体部位侧裂结构面的工程分区。该分区采用结构面的发育密度作为指标, 能简明直观地描述抗力体部位结构面的发育状况和宏观连通特性。最后, 作者根据本文的研究成果, 从抗滑稳定的边界条件特性出发, 对该高拱坝工程坝肩抗滑稳定性条件作出了评价。     

沥青混凝土心墙堆石坝应力变形有限元分析

基于邓肯-张E-B非线性模型,对某沥青混凝土心墙堆石坝进行三维有限元分析,研究该坝在竣工期及蓄水期坝体与心墙的应力变形特性,得到不同时期坝体、心墙的应力、变形分布规律。结果表明:竣工期及蓄水期坝体最大沉降值出现在约1/2坝高处;坝体沿水平位移方向上游部分呈现向上游变位的趋势,坝体下游部分呈现向下游变位的趋势;坝体大、小主应力随深度的增加而增加;心墙的最大沉降值出现在大约1/2墙高处;心墙沿坝轴线位移左右岸分别产生向河床中部的位移;心墙大、小主应力随深度的增加而增加,心墙基本全部受压,仅在左右岸与基座接触处出现小范围的拉应力区;蓄水期心墙在任意高程处的竖向应力均大于同点的上游水压力,故心墙发生水力劈裂的可能性很小。建议设计时应在上下游坝坡采取必要的护坡措施,施工时保证上下游坝坡附近坝体的压实质量;由于左岸岸坡太陡,与混凝土垫座相接的部位出现较大的拉应力,应进行相应的开挖处理。     

地震作用下高拱坝损伤开裂分析

采用应变率相关的砼非线性损伤模型模拟拱坝横缝,研究了砼非线性本构情况下整体拱坝与考虑分缝拱坝的应力响应和损伤开裂的特点与差别。对实际拱坝的地震响应分析表明,基于非线性砼模型的整体拱坝动力响应模型可以基本反映拱坝的实际应力分布情况。     

DDA与FEM耦合法在分缝重力坝非线性分析中的应用

混凝土重力坝一般设有数条纵缝。纵缝使坝体的连续性遭到破坏，一般的有限单元法很难处理这样的不连续变形问题。本文首先阐述了DDA(Discontinuous Deformation Analysis)与FEM(Finite Element Method)耦合算法的原理，然后采用作者自行研制的DDA与FEM耦合法程序对一实际重力坝进行了详细的计算分析。重点讨论了纵缝的不同设置形式和缝宽大小对坝体变形和应力分布、坝底面接触应力分布以及坝基面应力分布的影响，为工程设计提供依据。     

纳子峡纤维素纤维混凝土面板坝服役期渗流特性分析

为掌握纳子峡纤维混凝土面板砂砾石坝在服役期间的抗渗情况,在纳子峡水利枢纽布置了较全面的渗流监测设备,根据纳子峡面板砂砾石坝在2016年至2018年间的渗流监测结果,对大坝坝基、坝体、周边缝、绕坝渗流及大坝渗漏量的渗流变化规律及分布特征进行了分析和评价。分析结果表明:坝基、坝体、周边缝等重点部位防渗系统工作正常,渗流量趋于稳定;绕坝渗流及大坝渗漏量符合实际渗流规律,纳子峡水利枢纽工程大坝渗流监测设计合理,能充分反映大坝不同部位的渗流情况。大坝在地震时期的渗流形态稳定,地震对面板损坏程度影响较小,面板裂缝在控制范围之内,纤维素纤维混凝土服役性能稳定,在面板混凝土中添加纤维素纤维有利于面板防渗。     

水力压裂解析模型裂缝扩展参数敏感性分析

水力压裂形成复杂裂缝网络是致密储层油气开采的重要技术,掌握水压裂缝扩展机理是控制压裂行为和优化压裂效果的关键.水压裂缝动态扩展行为涉及储层岩体、注入压裂液、压裂实施工艺等方面,其中水力压裂扩展时间、压裂液流体动力粘度系数、压裂液流体注入流速、储层岩石剪切模量成为决定裂缝扩展长度和裂缝开度的重要因素.本研究采用KGD、PKN两类等高解析模型对主控因素的参数敏感性进行分析,直观、快速、可靠地获得水压裂缝扩展长度、张开度动态演化行为的量化数值.研究发现,压裂持续开展过程中水压裂缝扩展长度呈线性增长、开度逐渐趋于稳定,高流体动力粘度导致裂缝难扩展、形成较大裂缝开度,通过增加压裂液流体注入流速可同时增加裂缝扩展长度和开度,较高的岩石剪切模量将降低水压裂缝的开度.通过对比两类解析模型在不同参数下的水压裂缝扩展结果,分析压裂参数与裂缝扩展的相关性和敏感系数,讨论水力压裂解析模型的裂缝扩展参数敏感性.     

ADVANCES IN RESEARCH OF HYDRAULIC FRACTURES IN UNCONSOLIDATED SANDS

疏松砂岩水力压裂裂缝的典型特征是大量分支缝、微裂缝和一定钝度的裂缝尖端及剪切带的形成等. 主要通过对相关文献的调研,分析了剪切作用、拉伸作用等对裂缝形态特征（起裂、转向、延伸）等力学行为所产生的影响,通过针对一些疏松砂岩的压裂实验研究发现,其滤失过程主要受到缝尖区域的影响,而且滤失一般发生在裂缝扩展之前. 裂缝缝尖周围的局部应力往往是影响裂缝起裂和裂缝开度的主导参数,裂缝的形态特征则是应力、渗透率、流态等综合作用的结果,对疏松砂岩裂缝形态特征的形成做了进一步的解释.     

三峡永久船闸衬砌墙分水平缝对结构及结构锚杆受力影响研究

采用考虑三维接触非线性的结构温度徐变仿真计算方法, 针对三峡永久船闸 (全衬式和混合式)闸室墙整体和分缝两种结构形式进行了计算分析, 研究表明:闸室墙分水平缝可以有效地降低全衬式和混合式结构混凝土铅直向拉应力, 但使最大锚杆拉应力值和平均锚杆拉应力值增加, 分布的离散性增大, 在横缝和纵缝交点附近出现锚杆拉应力集中现象。