高拱坝坝踵应力实测与弹性计算结果差异原因分析

坝踵应力是关系到混凝土坝是否开裂和安全的一个重要指标,不管是用结构力学法还是有限元法都能计算出坝踵有一定的拉应力,但实际监测中却很少出现。本文从定性和定量两个方面分析造成计算结果和实测结果差异的原因,以小湾特高拱坝为例分析影响计算精度的各项主要因素,在此基础上提出坝踵真实应力的仿真分析方法。结果显示,计算和实测应力差异原因主要在于以下3个方面：（1）坝踵位置的定义不同;（2）目前监测仪器和方法有局限性;（3）计算过程中的不当简化,如自重和水压的施加方式、坝体温度荷载的考虑、库水温度分布以及库盆水压的影响等。改进后的仿真分析结果与监测结果吻合良好,说明该方法能够给出合理的坝踵应力变化规律和比较精确的应力范围。最后,给出了坝踵应力监测仪器和方法的改进建议。     

坝前基岩高坎对高拱坝坝踵应力的影响

针对高拱坝坝踵易开裂这一问题,以200m高的科恩布赖茵拱坝为例,分析了该坝坝前高坎对坝踵应力的影响,认为坝前基岩高坎与坝体相结合的这种方式对拱坝坝踵应力有不利影响,会导致坝踵发生严重开裂。     

重力坝的实测坝踵应力及原因分析

本文总结了多年来国内外重力坝坝踵应力的主要观测成果。大量事实表明 ,蓄水后水压对坝踵应力影响甚微 ,坝踵仍处于受压状态 ,垂直向压应力通常可达 1 MPa～ 2 MPa。其形成主要原因可能是蓄水后混凝土上游面湿度增加、坝体降温及基础灌浆等综合作用所致。文章为改进我国今后在坝工设计及安全管理工作提供了可靠依据。     

高拱坝坝踵开裂非线性有限元分析

应用非线性有限元法研究了高拱坝坝踵开裂机理，在分析中，采用弹塑性强化模型作为地基和混凝土材料的本构模型，裂缝采用分布裂缝模型，取坝踵发生严重开裂的奥地利２００ｍ高的Ｋｏｌｎｂｒｅｉｎ双曲薄拱坝作为算例，计算所得的开裂区域与实际情况符合较好。     

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裂机理的研究成果，并针对奥地利２００ｍ高的ＫＯｅｌｎｂｒｅｉｎ拱坝坝踵开裂的工程实际，分析了其机坝踵开裂机理。最后，探讨了从中应吸取的经验教训。     

石门拱坝的坝踵裂缝

本文研究了我国一座拱坝实际发生的坝踵裂缝问题。对裂缝发生的判断、开裂范围、特殊渗流反映及裂隙大坝安全做了讨论，并提出了有关建议。     

重力坝的实测坝踵应力及原因分析

本文总结了多年来国内外重力坝坝踵应力的主要观测成果。大量事实表明，蓄水后水压对坝踵应力影响甚微，坝踵仍处于受压状态，垂直向压应力通常可达１ＭＰａ～２ＭＰａ。其形成主要原因可能是蓄水后混凝土上游面湿度增加、坝体降温及基础灌浆等综合作用所致。文章为改进我国今后在坝工设计及安全管理工作提供了可靠依据。     

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。     

高应力对拱坝无应力计测值的影响分析

通过对特高拱坝无应力计原型观测资料的分析,介绍了无应力计出现有应力状态的变化过程,分析了可能产生这种异常现象的原因。并分析计算了无应力计筒内混凝土的垂直应力,初步探讨了高应力对无应力计测值的影响。     

石门坎拱坝坝踵底缝稳定性分析

随着拱坝高度的不断增加,坝体厚度不断减小,高拱坝坝踵破坏成为工程中非常棘手的问题。人们通过设置坝踵底缝来降低坝踵最大拉应力。但是设置底缝后,坝踵和底缝尖端部位是否稳定需要验证,目前人们对坝踵底缝稳定性判断主要采用断裂力学法,本文采用Drucker-Prage准则对坝踵和底缝尖端材料屈服性进行判断,同时对底缝的张开度进行分析。     

Kolnbrein拱坝坝踵开裂机理探讨

介绍了奥地利Ｋｏｌｎｂｒｅｉｎ双曲薄拱坝坝踵产生裂缝的过程和国内外专家对裂缝成因的分析，以及作者对拱坝产生开裂的机理的探讨。     

高拱坝坝踵混凝土首条裂缝开裂宽度研究

基于混凝土侧向渗透系数与轴拉应变试验曲线、立方定律,通过建立开裂扰动区域流量守恒等式,推导了处于高压水环境下的高坝坝踵混凝土,在上游某额定水头作用下首条裂缝的开裂宽度,以及开裂扰动区域的范围。结果表明,高拱坝坝踵混凝土等级不同,首条裂缝的宽度也不同,但均处于1 E－04 m量级;开裂扰动区域的深度亦不同,但处于1 E＋01 m量级。     

坝基加固后锦屏一级高拱坝应力变形计算分析

锦屏一级高拱坝坝址地质条件复杂,其基础加固处理工程巨大,主要包括:左岸混凝土垫座置换、左岸传力硐、左岸f5、f8、煌斑岩脉混凝土网格置换,右岸f13、f14断层混凝土网格置换.文中采用非线性有限元分析方法,对坝基加固后锦屏一级水电站坝体在多种工况下的应力变形特性进行了计算分析.给出了坝体蓄水期的应力位移分布及超载、降强对位移的影响结果,表明蓄水期坝体总体变形规律比加固前明显改善,坝踵拉应力减小.加固后坝体与坝基安全储备能力提高,可以满足设计要求.     

拱坝工程实例分析

针对高拱坝的应力控制标准的课题，对若干已建的和待建的高拱坝，采用不同的有限元方法和计算条件进行了应力分析，并做了地质力学模型试验研究．其目的是：研究高拱坝坝体应力的分布规律；主要针对线弹性和非线性研究有限元方法计算高拱坝应力的成果差异；研究各种提出有限元应力控制标准的方法和模型试验的控制标准．     

高拱坝开裂危险性分析

根据国内外各类混凝土试件的试验结果,总结归纳了各类不同受力状态下,混凝土真实强度的差异,并据此提出了一套简单实用的高拱坝开裂危险性分析方法。该方法可直接利用线弹性有限元或拱梁分载法等多种数值方法的三向应力计算结果,结合应力比和大坝混凝土强度,通过查图算法,直接求解拱坝结构任意一点的点安全度,从而预测拱坝相应部位的开裂危险性。二滩拱坝下游裂缝的算例表明,当考虑大坝混凝土三轴效应后,拱坝-坝肩整体点安全度要小于基于单轴强度模型的大坝点安全度,拱坝下游拉压应力组合导致区域结构强度降低是混凝土产生裂缝的内因,在温度荷载、地质条件等外部因素的联合作用下,最终导致了拱坝的开裂。     

万家沟拱坝静力性态分析评价

针对万家沟拱坝坝体变形和渗漏问题,采用拱梁分载法和有限单元法建立了静力分析模型,并对坝体应力、变形性态进行了静力分析,为水库运行管理和除险加固设计提供依据。结果表明,该拱坝坝体强度不满足要求,容易导致裂缝的产生,已处于严重病险状态,应尽快进行除险加固。     

二滩拱坝安全监测在线监控系统

结合二滩大坝特点 ,从安全监测的角度介绍二滩拱坝安全监测在线监控系统的设计思想 ,论述系统的开发目标、开发原则、总体结构 ,以及数据库和综合推理机的设计要点 .该系统已经应用于二滩拱坝的安全监测 ,其监控的快速和有效是明显的     

双河拱坝应力分析

介绍了双河拱坝的开裂情况和多种工况下拱坝拱梁分载法的应力分析成果,对双河拱坝的开裂原因和拱坝安全进行了初步分析和评价,并对拱坝的体形设计提出了建议。