思德拱坝裂缝成因的分析研究

论文摘要

众所周知,拱坝以其经济、安全和优美的特点,在国内外水利工程中被广泛采用;然而,拱坝也有其不足之处,它对坝区工程地质条件较为挑剔,施工难度相对较高,不仅如此,坝身开裂现象也是一直困扰着工程界的问题。在我国七、八十年代,修建了数座具有中国特色的砌石拱坝,但由于当时的设计和施工水平有限,这些拱坝运行至今,均存在不同的病险情况,其中位于四川省南充市仪陇县境内的思德拱坝,其坝身便存在严重开裂的现象,而且裂缝并不是对称出现。纵观历史,拱坝开裂似乎是难以避免出现的现象;然而,总结国内外的工程经验可以得知,拱坝开裂并不一定就意味着拱坝的失效,而是拱坝应力超限的一种表现,是拱坝自身释放超限应力并对应力重新调整的反映,因而只要找到拱坝开裂的根本原因,并相应采取合理的处理措施,拱坝仍然能够很好地发挥其挡水蓄能的功效。本文便是基于上述观点,分别采用传统的结构力学方法和现代有限元技术,依靠ANSYS 通用软件平台,求解思德拱坝在不同工况下的温度场和应力场,通过两种方法的对比分析与研究,最终找出思德开裂原因以及坝身不对称开裂的根本原因,并提出了相应的裂缝处理和坝区加固的合理意见;文中简要介绍了两种方法的发展历史和计算原理,并对其优缺点作出了简明扼要的阐述;通过对思德拱坝开裂原因的分析研究,论文以兹达到为拱坝设计者提供实用参考、通过实践工程检验科学理论、为今后思德拱坝的整治提供可靠的理论依据等三个目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 拱坝的兴建与开裂概况
• 1.1.1 拱坝的兴建情况
• 1.1.2 拱坝开裂概况
• 1.1.3 拱坝开裂成因分析概况
• 1.2 论文内容概述
• 1.2.1 课题来源
• 1.2.2 研究方向
• 2 思德拱坝概况
• 2.1 基本情况
• 2.2 流域自然地理概况
• 2.3 工程地质概况
• 2.4 水文地质概况
• 2.5 坝体病险情况
• 3 坝体裂缝成因的结构力学法分析
• 3.1 坝体应力结构力学法分析理论
• 3.1.1 温度荷载分析理论
• 3.1.2 坝体应力分析理论
• 3.2 应力计算基本参数
• 3.2.1 计算基本参数
• 3.2.2 计算程序简介
• 3.3 坝体应力计算成果
• 3.3.1 计算工况
• 3.3.2 计算结果
• 3.4 坝体裂缝成因分析
• 4 有限单元法理论
• 4.1 有限元法的一般原理
• 4.1.1 有限元法的发展历程
• 4.1.2 有限元法的基本原理
• 4.2 温度场的有限元解法原理
• 4.2.1 热传导微分方程导出
• 4.2.2 热传导微分方程定解条件问题的提出
• 4.2.3 热传导问题的变分
• 4.2.4 热传导问题的有限元实现
• 4.3 结构弹性静力分析的有限元法原理
• 4.3.1 结构弹性静力微分方程导出
• 4.3.2 结构弹性静力微分方程定解问题的提出
• 4.3.3 结构弹性静力微分方程的变分
• 4.3.4 结构弹性静力问题的有限元实现
• 4.4 热应力计算原理
• 5 拱坝温度场的有限元分析
• 5.1 有限元软件简介
• 5.1.1 有限元软件发展
• 5.1.2 ANSYS 功能简介
• 5.2 拱坝温度场有限元计算
• 5.2.1 建模范围及内容
• 5.2.2 计算参数的确定
• 5.2.3 有限单元特性参数
• 5.2.4 计算结果
• 6 拱坝应力场的有限元分析
• 6.1 应力场有限元分析前处理
• 6.1.1 建模范围及内容
• 6.1.2 计算参数的确定
• 6.1.3 有限单元特性参数
• 6.2 求解方法
• 6.3 计算结果
• 6.4 裂缝成因
• 6.4.1 坝体开裂情况
• 6.4.2 裂缝成因分析
• 7 结论与建议
• 7.1 结构力学法与有限元法的对比分析
• 7.2 结论
• 7.3 坝体开裂整治意见及工程设计建议
• 7.3.1 坝体开裂整治意见
• 7.3.2 关于工程设计中给出的几点建议
• 7.4 文中的不足
• 参考文献
• 作者参与的科研工作、发表的文章及获得的奖励
• 声明
• 致谢