高拱坝开裂对坝体静动力性能影响研究

论文摘要

高拱坝的开裂分析和安全评价是拱坝设计中需要考虑的一个重要问题。本文应用有限元法从网格密度、材料本构模型定量分析和坝体体型定性分析两个角度对高拱坝坝体开裂分析关键问题进行了初步探讨,建立了高拱坝在考虑开裂作用下的非线性数值分析模型,重点研究了不同位置、不同深度的裂缝对高拱坝的静、动力特性的影响。本文主要开展了以下工作:(1)选择典型工程实例,分别建立不同坝体体型、不同网格密度和不同本构关系的三维高拱坝数值分析模型,应用非线性有限元分析基本理论,研究了坝体体型、网格疏密及本构模型的不同对高拱坝开裂分析结果的影响。研究表明,拱坝自身的体型以及坝址区的河谷形状是影响拱坝开裂的一个重要的因素;网格的疏密对拱坝高应力区、角缘应力集中部位应力影响较大,在这些部位适当加密网格可以获得拱坝较为真实的应力状态;对于坝高较大,应力水平较高的高坝,其材料的非线性性态十分显著,采用弹塑性开裂模型进行开裂分析更能反映坝体的实际应力状况。(2)应用弹塑性理论,在坝体不同位置和不同深度人工设置裂缝,研究裂缝深度以及裂缝面上有无水压对高拱坝静动力特性的影响。结果表明,裂缝的存在降低了结构的刚度,造成空库和正常蓄水位时坝体自振频率随裂缝的深度加大而下降。裂缝对坝体的影响主要体现在裂缝附近的局部区域,裂缝的存在使得坝体高应力区拉应力得到显著释放,引起应力重分布,裂缝深度的增加对拱坝的整体性未产生显著影响。同时,初始裂缝存在时,裂缝面有无水压作用对坝体的位移和应力响应影响较大,裂缝面上的水压力是促使裂缝进一步扩展的主要因素。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 拱坝的发展概况和结构特点
• 1.1.1 拱坝的发展概况
• 1.1.2 拱坝的结构特点
• 1.2 拱坝开裂概况及机理
• 1.2.1 拱坝开裂概况
• 1.2.2 拱坝开裂机理
• 1.3 拱坝应力分析方法
• 1.3.1 拱梁分载法
• 1.3.2 有限元法
• 1.3.3 模型试验法
• 1.4 拱坝开裂的主要研究方法
• 1.4.1 模型试验法
• 1.4.2 有限元法
• 1.4.3 边界元法
• 1.4.4 流形元法
• 1.4.5 无单元法
• 1.4.6 扩展有限单元法
• 1.5 问题的提出
• 1.6 本文的主要工作
• 第二章 有限元法的基本原理
• 2.1 有限元法的基本思想和原理
• 2.1.1 线弹性有限单元法
• 2.1.2 非线性有限单元法
• 2.2 混凝土非线性分析的基本原理
• 2.2.1 混凝土本构关系模型
• 2.2.2 混凝土强度多参数准则
• 2.3 拱坝设计主要荷载及计算方法
• 2.3.1 拱坝温度场的有限元分析
• 2.3.2 坝-地基-库水动力相互作用的分析理论与方法
• 2.4 本章小结
• 第三章 高拱坝开裂分析关键问题探讨
• 3.1 前言
• 3.2 实例选取及有限元模型
• 3.2.1 实例选取
• 3.2.2 有限元模型
• 3.3 计算结果及分析
• 3.3.1 网格密度对开裂分析结果的影响
• 3.3.2 本构关系对开裂分析结果的影响
• 3.3.3 柔度系数对开裂分析结果的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 高拱坝开裂对坝体静动力影响分析
• 4.1 前言
• 4.2 计算模型及工况
• 4.3 裂缝存在对高拱坝静动力影响
• 4.3.1 静力计算结果及分析
• 4.3.2 模态计算结果及分析
• 4.3.3 动力计算结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及攻读硕士期间的项目情况