流变变形对高面板堆石坝面板脱空的影响分析

面板堆石坝尤其是高面板堆石坝的运行实践表明,堆石的流变现象比较显著。采用基于直接约束算法的接触力学分析方法模拟了混凝土面板和堆石体之间的接触关系。考虑堆石体的流变特性,并结合天生桥一级面板堆石坝的现场观测结 果,对高面板堆石坝中的面板脱空问题进行了有限元计算分析,研究了坝体流变变形对面板脱空和垫层亏坡问题的影响。     

贴坡型混凝土面板堆石坝三维非线性分析

利用堆石坝对地形条件适应性强的优势,将混凝土面板堆石坝设计建于条形山脊上,依天然坡面分别贴岩坡填筑堆石料,使原山体成为坝体一部分而形成的混凝土面板堆石坝,称之为贴坡型混凝土面板堆石坝。利用目前应用较为广泛的邓肯E-B模型,基于ABAQUS提供的2次开发用户子程序,对某贴坡型混凝土面板堆石坝施工填筑期和水库蓄水运行期的应力与变形进行模拟分析。计算结果表明,受地形和岩坡开挖形态的影响,贴坡型混凝土面板堆石坝的坝体变形规律与常规混凝土面板堆石坝有较大的不同,坝体沉降、水平位移以及面板的变形都较小;阶梯状的建基面凸角处有明显的应力集中,相应部位的应力水平较高。计算成果可为优化设计提供合理的建议和有效的措施。     

采用挤压边墙技术的高面板坝裂缝成因分析

为加快施工进度,国内很多高面板堆石坝都采用了挤压边墙技术,用上游坡面的挤压边墙代替传统的垫层。挤压边墙的施工特点决定了其与上覆面板之间的结构关系将与传统的面板-垫层有很大差别。虽然目前面板坝的施工技术和施工水平较以前有较大的提高,但少数工程仍然出现了比较严重的面板裂缝,而采用挤压边墙技术的面板坝施工期出现的裂缝分布规律与采用面板-垫层施工方法有明显的不同。面板裂缝的产生与面板施工期的应力变形状态密切相关,目前面板堆石坝计算中采用的整体模型方法对面板的概化较多,得到的面板应力精度较差。根据挤压边墙实际的施工特点,提出采用子模型法分析面板的应力变形,对某面板坝工程裂缝成因的分析结果表明,温降和上游坡面局部高程不平整引起的面板与挤压边墙之间的局部约束过大是导致面板裂缝的主要原因。     

混凝土面板堆石坝数值仿真分析

分析了面板堆石坝仿真计算中两种材料的本构模型的优缺点,根据混凝土面板堆石坝结构形式和坝体填筑材料物理性质复杂的特点,开发了FORTRAN语言编写的面板坝计算程序。该程序在面板分缝处理中采用分离缝模型的方法,符合实际面板之间的变形特性,并将该程序引进ANSYS商业软件中,充分利用商业软件的界面功能,提出了一种新的面板坝计算机数值模拟分析方法。该方法可以对混凝土面板堆石坝的整个施工过程和运行期进行二维和三维数值模拟计算和图形显示,结果形象、直观清楚。     

纳子峡面板堆石坝挤压边墙混凝土配合比设计

随着园林工程道沿机挤压模块原理不断的推广和应用,在挤压式混凝土边墙应用过程中,创造出了新型面板坝垫层料坡面施工技术被广泛运用于混凝土面板堆石坝施工中,其特点是能与大坝填筑同步施工,与垫层料平起升高,代替了传统削坡和碾压护坡等施工工艺,挤压边墙混凝土弹性模量和渗透系数与垫层料接近,因此,施工中对挤压边墙混凝土配合比要专门设计并加以控制。     

流变效应对高混凝土面板堆石坝应力变形的影响

采用三维非线性有限单元法对牛牛混凝土面板堆石坝施工期和蓄水期的应力变形进行模拟计算,并结合沈珠江提出的指数型曲线流变模型,采用自行编制的有限元程序对大坝进行了三维流变分析,得到了坝体、面板在各个时期的应力和变形情况,以及堆石流变对坝体应力变形的影响;计算面板和周边缝位移时采用了三维子模型法,根据实际的坝体填筑、蓄水过程,对每一期面板浇筑之前的坝体上游面位移进行修正,并通过在面板与堆石体之间设置三维面-面摩擦接触单元,来有效模拟面板的应力、变形,为该坝的进一步优化设计提供了有益的建议。     

挤压式边墙技术在面板堆石坝工程的应用

介绍了寺坪面板堆石坝上游垫层坡面混凝土挤压边墙的试验过程及应用情况。以挤压式边墙技术替代了传统工艺中垫层料的超填、人工和机械削坡修整、斜坡碾压、坡面防护等技术。阐述了挤压式边墙的施工特点,并对该项指标及施工方法进行了介绍,寺坪工程应用挤压式边墙施工技术,在简化施工工序、提高安全生产等方面的优势在大坝上游垫层区的施工中得到明显体现。     

考虑堆石体流变效应的高面板坝最优施工程序研究

考虑高面板坝堆石体的流变变形效应对堆石体的最优施工碾压进度方案进行了研究。结果表明,堆石体的本身流变变形特性对不同施工碾压进度方案下的面板垫层变形影响较大。堆石坝不同材料分区的特点从客观上决定了高堆石坝必然存在一个较优的施工填筑上升方案。堆石体均匀上升的填筑进度方案的面板垫层法向最大位移较小,且沿面板坡向的分布比较均匀,对面板与垫层间的协调变形有利。从最优填筑方案的角度来看,建议高堆石坝采用均匀上升的碾压施工程序。     

岗曲河面板堆石坝数值模拟分析

采用非线性有限元方法,对岗曲河混凝土面板堆石坝在施工期和蓄水期的应力变形进行了深入研究.有限元计算结果表明:坝体应力变形规律合理,坝体设计方案可行.     

堆石体流变对混凝土面板坝应力变形特性的影响

简要介绍了公伯峡水电站混凝土面板堆石坝坝内堆石料流变试验结果和流变计算模型。采用三维有限单元法对公伯峡水电站混凝土面板坝进行了模拟计算,对比了考虑堆石料流变和不考虑流变的计算结果,分析研究了堆石料流变特性对坝体变形以及对混凝土面板应力变形和周边缝位移的影响。     

观音岩水电站混合坝接头结构形式研究

将无厚度接触摩擦单元,引入观音岩混合坝接头的堆石体与混凝土挡墙之间的接触面力学行为进行模拟。采用Ducan双曲线E-B模型模拟堆石体及心墙的本构关系,考虑堆石坝的实际填筑施工过程和水库蓄水过程,对接头处的结构形式进行了接触面坡度变化和水平面上转角变化的敏感性分析,以揭示竣工期和运行期不同接头结构形式接触面上的法向应力、接触状态和可能发生水力劈裂的范围,推荐最优的接头结构方案。大坝连接坝段的三维非线性仿真分析结果表明,心墙接触面上的法向正应力均为压应力,接触面坡度越陡,接触面法向压应力越小;混凝土挡墙向上游转动的转角越大,法向压应力越大。综合来看,插入式方案4的接头部位的综合防渗性能最好,因此推荐该方案为混合坝接头的结构设计方案。     

水布垭超高面板堆石坝变形控制方法研究

通过对已建水布垭超高面板堆石坝的设计经验总结,从数值分析、工程类比、坝体分区,堆石体材料压实标准、施工填筑程序、面板浇筑时机、面板浇筑时其顶部与临时坝顶的高差等方面探讨变形控制方法,归纳、总结了水布垭超高面板堆石坝变形控制的基本思路,以减小施工期坝体的不均匀沉降,改善面板在施工期、运行期的应力变形状态。     

混凝土面板堆石坝中过渡区的渗流控制作用研究

在面板完好的条件下,面板堆石坝坝体的渗透稳定性很容易满足要求;在面板止水破损和面板失效的不利条件下,过渡区的渗流控制作用对于大坝的渗透稳定性具有关键意义。结合水布垭大坝实例,通过层间系数的分析,认为必须通过试验研究过渡料对垫层料的反滤保护作用。通过反滤试验研究了水布垭全级配过渡料对垫层料的反滤效果和渗透变形规律,结合已发表的研究成果进行综合分析,探讨了过渡区的渗流控制作用机制：过渡料与主堆石区一起,可对坝体起到很好的排水作用;在面板止水破损和面板失效的不利条件下,垫层料内部可能会发生颗粒迁移和内部结构调整,但在过渡料的反滤保护作用下可维持渗透稳定;初次遇到这种工况时,过渡区自身会有少量细粒流失,但其骨架将维持稳定,借助于主堆石区的支撑作用,过渡区将继续发挥其反滤和排水的双重作用。     

Three‐dimensional numerical analysis of concrete‐faced rockfill dam using dual‐mortar finite element method with mixed tangential contact constraints

Concrete‐faced rockfill dam (CFRD) is a popular alternative to traditional dam types in the last two decades. The modelling of CFRD involves complex multi‐body contact and strong geometry and material nonlinearities. We present a numerical approach for the modelling of CFRDs in this paper. Based on the dual‐mortar finite element method, the presented approach considers different parts of rockfill and all concrete slabs as independent deformable continuum. The multi‐body contacts are modelled using Lagrange multipliers with a weak form segment‐to‐segment contact strategy. To alleviate instability induced by strong geometry nonlinearity in the slab–slab contact, we propose a mixed type of constraints for the tangential contact. A general transformation scheme is introduced to simplify the implementation of contact constraints. Three‐dimensional analysis of Tianshengqiao‐1 CFRD is performed. The nonlinear and time‐dependent deformation of the rockfill is considered. We study the influence of the rockfill deformation on the reliability of the concrete face. Three major concerns of the face, that is, the axial compression, the slab–slab separation and the face‐rockfill separation, are discussed in detail. The numerical results are compared with data from in‐situ observation. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Numerical modeling of soil–structure interface of a concrete-faced rockfill dam

Concrete-faced rockfill dams (CFRD) are widely used in large-scale hydraulic projects. The face slab, the key seepage-proof structure of great concern, has a strong interaction with the neighboring gravel cushion layer due to a significant difference in their stiffness. An elasto-plasticity damage interface element, a numerical format of the EPDI model, is described for numerical analysis of a CFRD that can trace the separation and re-contact between the face slab and the cushion layer at the interface. As verified by simulating slide block and direct shear interface tests, this element was confirmed to capture effectively the primary monotonic and cyclic behaviors of the interface. This element can easily be extended to the finite element method (FEM) programs that involve the Goodman interface element. The analysis of a typical CFRD showed that the interface model describes a significant effect on the stress response of the face slab under different conditions, including dam construction, water storage, and earthquake. Treatments of the cushion layer, such as an asphalt layer, changed the behavior of the interface between it and the face slab, which resulted in a significant effect on the stress response of the face slab. The top of the face slab exhibited a significant separation from the cushion layer during construction, induced mainly by construction of the neighboring dam body.     

挤压边墙对混凝土面板影响的三维有限元分析

挤压式边墙技术是近年混凝土面板堆石坝发展最具有代表性的新技术之一。本课题以使用挤压式边墙的面板堆石坝为主要研究对象,具体结合一个工程实例进行分析。运用ANSYS参数化设计语言（APDL）实现了用点面接触单元模拟面板与边墙的接触;创新性地采用非线性连接单元模拟面板垂直缝和周边缝。在此基础上,计算了有挤压式边墙和无边墙两种情况下坝体及面板分别在竣工期和蓄水期的应力、变形;最终确定两者面板应力应变之间的差异,明确挤压边墙对面板的影响。     

堆石料湿化对混凝土面板堆石坝应力变形特性影响研究

心墙堆石坝的湿化变形已经为人们认识和重视,面板堆石坝由于上游有混凝土面板挡水,其湿化变形很少引起重视,但由湿化变形比较明显的堆石料填筑的坝体,在降雨过程中往往产生较大湿化变形,影响混凝土面板的工作性状。本文研究提出了大气降水引起堆石体达到一定饱和度情况下湿化变形的计算方法。进行了滩坑水电站混凝土面板堆石坝堆石料湿化变形试验,采用弹塑性平面有限单元法,分析研究了堆石料浸水湿化对坝体应力变形以及混凝土面板应力变形性状的影响。