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。     

挤压墙工法对面板堆石坝应力变形影响规律研究

利用三维有限元数值模拟方法,分析了采用挤压墙的面板堆石坝的应力变形规律。与不采用挤压墙和采用半挤压墙型式的方案进行比较,研究了挤压墙的存在及其型式对于面板堆石坝应力变形响应的影响。计算结果表明,挤压墙的存在及其型式对于坝体的应力变形以及面板挠度变形影响较小;对面板的应力分布情况有一定影响,但不会对面板安全性产生明显影响;挤压墙的存在有利于减小周边缝的沉陷变位。     

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。     

混凝土面板堆石坝应力变形长期性状有限元模拟

为了获得混凝土面板堆石坝长期力学行为（尤其流变变形对混凝土面板堆石坝工作性状的影响）定量分析成果,运用ABAQUS有限元对国内某抽水蓄能电站混凝土面板堆石坝进行了数值模拟。采用考虑非线性强度的改进双屈服面流变模型描述堆石料长期力学性能,其中瞬时塑性变形采用改进双屈服面模型确定,而黏塑性流变变形采用指数衰减函数定义。有限元分析获得坝体、单元和面板在填筑期、蓄水期与运行期的应力与变形一般规律。结果表明：运行阶段堆石流变变形对混凝土面板堆石坝应力、变形性状产生显著影响。研究结论有益于进一步了解和合理预测混凝土面板的长期性能。     

面板堆石坝面板竖缝特性对面板应力变形影响分析

采用三维有限元方法,研究了面板竖缝特性对面板堆石坝中面板应力变形的影响。基于类似子结构法概念,建立了精细模拟面板及其分缝特性的三维有限元分析方法。针对马来西亚巴贡面板堆石坝,计算了多种面板竖缝宽度和填料的方 案,得到坝体和面板的应力变形。计算结果表明,面板竖缝几何尺寸和填料特性对面板的挠度、顺坡向应力、水平向压应力和周边缝张合变形影响不大,而对面板的水平向拉应力和竖缝压缩量影响很大;面板竖缝填料变软和宽度增大均会导致面板的水平向压应力减小,而竖缝压缩量明显增大;采用软木作为填充材料较之填充硬木,可以大约降低一半的压应力;面板竖缝宽度及其填料特性对同期填筑的面板、特别是邻近的面板水平向压应力影响较大。     

混凝土面板堆石坝的一种坝坡修整算法

基于混凝土面板堆石坝面板施工的实际情况,指出了通常混凝土面板堆石数值计算在模拟面板施工算法上的缺陷。提出了面板堆石坝竣工期上游坝坡修整力学问题,建立了一种适合平面问题和三维问题的统一坝坡修整算法,对任何采用接触模型模拟垫层料和混凝土面板受力特性的有限元计算模型,都具有普遍意义,并在有限元软件ABAQUS中实现了该算法。算例分析表明：该算法简洁和有效,能够保持良好的网格形态,使接触非线性计算收敛速度极大改善,并使蓄水状态下混凝土面板和坝体计算结果更趋于真实。同时,对考虑堆石料流变特性,研究施工阶段或蓄水后混凝土面板与垫层之间是否会发生“脱空”现象提供必要基础。     

混凝土面板堆石坝三维仿真分析

根据混凝土面板堆石坝的特点,提出了一种计算机数值和图形模拟方法,可以对混凝土面板堆石坝的整个施工过程和运行期进行三维非线性仿真计算分析和计算机图形模拟。     

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。     

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。     

面板坝垂直缝及止水失效渗流场有限元模拟

以金川面板堆石坝为例,用有限元方法计算了当面板缝及止水局部失效时各种工况下的渗流场,系统分析了大坝在面板垂直缝及止水局部失效后的稳定渗流场的规律和特点。采用无厚度的二维平面单元来模拟面板垂直缝及止水结构周边缝,同时采用理论上严密的Signorini型变分不等式方法进行求解,此方法能对渗流出渗点和浸润线进行准确定位。通过分析计算结果,指出了面板缝及止水结构周边缝的失效位置,失效缝宽对等势线、浸润线以及渗漏量的影响。为面板堆石坝接缝的设计提供参考。     

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。     

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 evaluation of soft inter‐slab joint in concrete‐faced rockfill dam with dual mortar finite element method

Recently constructed concrete‐faced rockfill dams (CFRDs) often use soft inter‐slab joints to prevent axial compression‐induced extrusion damage in the concrete face. Due to the complexity of the multibody contact and the lack of information on the actual behavior of soft joints, it is highly challenging to numerically assess the effect of soft joints in CFRDs. In this paper, we present a numerical approach for the three‐dimensional modeling of CFRDs with hard and soft joints. A dual mortar finite element method with Lagrange multiplier is developed to treat the multibody contact in hard joints with impenetrability condition. The soft joint slab‐filler‐slab contact system is modeled using an equivalent contact interface approach, where the soft contact constraints are imposed using a perturbed Lagrange formulation. Through a series of laboratory tests, the mechanical behavior of soft joint is investigated. An extrusion model for the soft joint is presented and implemented in the dual mortar finite element method. The proposed numerical method is applied to the three‐dimensional analysis of Tianshengqiao‐1 CFRD. Despite the complex multibody contact and strong material and geometry nonlinearities in the CFRD, the proposed method is stable and capable of capturing salient characteristics of the CFRD. Numerical results show that in Tianshengqiao‐1, the employment of soft joints can effectively reduce the axial compression stress, thus greatly alleviating the risk of extrusion damage in the concrete face.     

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。     

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。     

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。