考虑开裂约束的重力坝体型优化设计

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1、第一章绪论根据应力分布情况进行坝体混凝土标号的分区；同时，也为了研究坝体某些部位的局部应力集中和某些特殊结构(如坝内孔道、溢流坝闸墩等)的应力状态，以便采取加强措施。重力坝’般分成若干独立的坝段，可作为平面问题处理，使应力分析得到简化。应力分析的方法可归纳为理论分析和模型试验两大类，这两类方法彼此补充、相互验证，其结果也都要受到原体观测的榆验。常用的重力坝结构模型试验方法有电测法和光测法，由于模型试验费时较久，对于中小型二[程，一般可只进行理论分析，而对重要的工程或在地基情况复杂认为有必要时才进行模型试验。理论分析又分为材料力学法和弹性理论法。材

2、料力学法⋯是一种常用的计算方法，其基本假定是坝体水平截面上的垂直正应力呈直线分布，即垂直正应力a。可按材料力学的偏心受压公式计算。根据这个假定就可从计算水平截面上的垂直正应力着手，在应用静力平衡条件依次求出坝体内任一点的应力分量和主应力。这个方法的计算结果，在坝体上部2／3～3／4坝高范围内较为准确，但靠近坝基部分则不能反映地基变形对坝体应力的影响。对较复杂的边界和坝坡转折部位也不能准确反映其应力状态。但此法计算简便，且有长期的工程实践经验，所以至今仍得到坝工设计人员广泛应用。弹性理论的解析法垆】是一种严格而精确的计算方法，它将坝体视为弹性的连续

3、体，根据弹性理论必须满足平衡条件、变形相容条件和坝体边界条件，经过严格的数学推导求得应力。但目前只有少数边界条件简单的典型结构才有精确的解答。对于实际的坝体和荷载情况寻求理论解是非常困难的，所以在重力坝设计中较少采用。近30多年来随着电子计算机的发展，国内外广泛采用基于弹性理论的有限单元法来计算坝体应力，这个方法是把弹性的连续体离散化为有限数目单元的组合体，并考虑组合体内单元之间的位移连续条件。它对各复杂的边界条件和坝体、坝基材料不均匀性都能给以反映；并能考虑坝体材料的应力应变非线性关系和坝基有软弱破碎带对坝体应力的影响；还可以求解温度应力和地震

4、动应力等，是一种综合功能较强的计算方法。实践证明，对于一般中等高度或较低的坝，应力条件往往不是设计中的控制条件，用材料力学法己能得出安全合理的设计。因此，对于地质条件较为简单的中、低坝，可只按材料力学法计算坝体的应力；对于高坝或地质条件复杂的坝，除用材料力学法计算外，宜同时采用有限元法进行分析计算。§1．3重力坝抗滑稳定分析综述稳定分析的主要日的是计算重力坝在各种可能荷载组合F的稳定安全度。工程实践和试验研究表明，基岩上重力坝的失稳破坏可能有两种类型：一种是坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动，包括沿坝与基岩接触面的滑动以及沿坝基岩体内连续软弱结

5、构而产生的深层滑动；另一种是在荷载作用下，上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜河海大学硕上学位沦文裂缝以及下游坝趾岩体受压发生压碎区而引起的倾倒滑移破坏。坝体连同一部分地基的倾倒破坏机理是由原苏联Fishman．Yu．Atll提出的，其具体计算方法不够成熟完善。因此在重力坝没计时，都要验算沿坝基面的抗滑稳定性，并必须满足规范中关于抗滑稳定安全度的要求。当坝基面是水平晒时，目前常用的公式有以下两种‘卜4】：1．3．1摩擦公式臣：￡婴∑P式中：∑胆—作用于坝体上全部荷载对滑动平面的的法向分量(包括扬压力)；∑—L一作用于坝体上全部荷载对滑动平面的的切向分量(

6、包括扬压力)；户—坝体混凝土与坝基接触面的抗剪摩擦系数；肛—按摩擦公式计算的抗滑稳定安全系数。摩擦公式的基本观点是把滑动面看成是一种接触面，忽略坝体与基岩的胶结作用，实质是假定坝体与基岩全部脱开，不考虑坝体与坝基连接面凝聚力的抗滑作用，坝体仅靠摩擦力维持平衡，不能完全反映坝的实际工作性态，所以取较低的安全系数。但该法公式简单、概念明确、使用方便，在选择厂值方面也积累了丰富的经验，在国内外得到广泛应用。1．3．2抗剪断强度公式芷，：』：：兰兰型!生∑P(1．2)式中：卢—坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数；c瑚体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力

7、；量q抗剪断强度公式计算的抗滑稳定安全系数；H贝体与坝基接触面的面积。抗剪断强度公式考虑了坝体与基岩的胶结作用，计入了全部抗滑力(包括摩擦力和凝聚力)，比较符合坝的实际工作状态，物理概念也较明确。将抗剪断强度参数引入抗滑稳定计算中，是国内外发展的趋势。我国混凝土重力坝规范中也建议，当坝基内不存在可能导致深层滑动的软弱面时，应按抗剪断强度公式计算；对中型工程的中、低坝，也可按抗剪公式(摩擦公式)计算。§1．4重力坝体型优化设计综述结构优化设计是相对于传统的结构设计而言的，其设计方法与传统的结构设计则完仝不同。传统的结构设计，要求设计者根据设计要求，

8、按本人的实践经验，参考类4第一章绪论似的结构设计，通过判断去创造设计方案，实际上指的是结构分析，其过程大致是假设—o’}耻——校核—二蕈