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1、娜混凝土拱坝承载能力研究’,’,王均星张优秀王汉辉,武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,长江水利委员会。,摘要高拱坝的破坏机理及最终承载力是高拱坝设计中的关键问题本文采用非线性有限元方法对若干已建和待建的不同高度的拱坝进行了承载能力的计算和分析。其目的是研究高拱坝坝体应力的分布规,,律了解高拱坝的工作性能及高拱坝的破坏过程和破坏机理并探讨了以位移突变作为拱坝破坏状态判。,,据的合理性通过拱坝工程实例的对比分析了级的高拱坝同级的拱坝的承载能力差异认,。为高拱坝上游坝踵的开裂是可以允许出现的并强调高拱坝坝体本身的
2、安全度也是一个很重要的问题破坏判据关键词高拱坝承载能力破坏机理概述、、。拱坝向来以安全度高超载能力大工程量省等特点而成为最先进的坝型之一但众所周,,知现行的拱坝设计都是以规范为标准的【计算中如果出现了应力超标就通过调整体型来,,。改善应力状态最终只要满足了规范的应力控制同时坝体的工程量最小就认为是合理的体型至于拱坝的承载能力很少在设计阶段成为坝体设计的控制因素。,,随着我国水利水电事业的发展涌现出一大批已建和待建的高拱坝〔如澜沧江的小湾金、,,沙江的溪落渡洪门口等坝高都在左右比世界上已建的最高的英古里拱坝坝高,。,,还高工程
3、规模更大对于这样一些高拱坝国际上一些坝工专家认为它们和左右高的拱坝有木质上的,。不少高拱坝区别现行的设计规范和工程经验已经覆盖不了这些特高拱坝,,的应力分析和模型试验也表明【即使在设计荷载下在拱坝的某些部位其实际拉应力也可能远超过,。混凝土的抗拉强度所以拱坝在某些荷载下发生局部开裂是难免的而且拱坝是一种,,。,高次超静定结构局部点的应力达到极限并不表示结构己丧失承载能力因此应该通过研究高拱坝的破坏机理、破坏过程以及最终承载能力等这些基础性的问题来指导高拱坝的设计和。,建设本文针对若干已建和待建的不同高度的拱坝的承载能力进行计算和对比分析其目的是,。研究
4、高拱坝的一些普遍性规律和工作性态为今后高拱坝的设计和建设提供参考分析方法和计算条件分析方法,,目前确定拱坝超载能力的方法主要包括模型试验和数值计算两种方法其中数值计算方法又包括弹塑性理论和塑性极限分析等。结构模型破坏试验,、,构模型破坏试验确定拱坝的超载能力己有几十年历史了〔苏联的英古里契尔克日本的、、、。黑部川殿山以及中国的龙羊峡石门东江等拱坝都进行过脆性材料模型破坏试验模型试验具有比较明显的优点’,能够得到相当明显的形象概念和充分的量值结论给出一个宏观的安全指标,、。能得出破坏的全过程如裂隙的形成
5、发展直至坝体破坏,这些特点使得模型试验在数值计算技术高速发展的同时仍然受到人们重视一些重要的工程都要用模型试验来验证但模型试验也有它自身的缺点,,对于高拱坝来说非线性的影响很明显要想反映高拱坝的真实情况就必须考虑各种非,线性的影响这对模型试验来说很难,,目前还很难找到能够完全地按相似律的要求来模拟坝体混凝土和坝基的模型材料而且采用何种加载方式才能真正模拟实际情况也值得商榷,只能考虑水压力和自重不能考虑温度变化和渗透压力,结构模型试验往往周期很长费用也很高。因此如何提高模型试验的技术还是当前值得研究的课题数值计算方法,
6、,一般地通过数值计算来分析结构的承载能力有两种方法一种是用弹塑性分析方法即、、一应变关根据应力系具体问题的初始条件与边界条件荷载历史等来逐步求解承载能力另,,一种是塑性极限分析方法即忽略中间的弹塑性过程直接研究极限状态其最大的优点就是回避。了工程中最不容易弄清楚的本构关系弹塑性分析。,弹塑性理论的价值是无可争辩的特别是世纪年代随着电子计算机和有限元的发展。使得运用弹塑性有限元方法来分析高拱坝的技术日趋成熟这种方法最大的优点是可以建立一,个高拱坝从初始开裂直至彻底破坏全过程的数学模型可以通过仿真的有限元非线性分析一,步步追踪在荷载增大过程中的坝体
7、的反应过程得到关于高拱坝应力分布和变形分布的详尽信,。息给出拱坝超载系数的一个大致范围但是在实际分析中这种方法也有它的局限性,,一目前材料的本构理论还很不成熟各种弹塑性模型都还有待于进一步验证尤其对高拱,,坝来说坝基的构造往往错综复杂很难找到合适的本构模型、一初始地应力初应变的已知程度难以把握、,一裂缝开展追踪结构破坏判据仍是拱坝弹塑性分析中的难题因此该方法只能给出拱坝超载系数的一个大致范围,。一应用弹塑性一般理论来求解具体工程问题时分析计算的工作量很大而且费用较高塑性极限分析,,对于实际工程如果人们感兴趣的只是拱坝的极限荷载而不是拱坝在变成塑性机构
8、前的,,
