梯形拱坝渐进破坏过程及极限承载能力研究

发布时间：2022-01-06 15:59

　　鉴于拱坝的破坏过程和极限承载能力是工程安全度的重要参考依据,以位于梯形河谷中的乌巢拱坝为例,基于Drucker-Prager屈服准则,利用强度折减法和超载法对乌巢拱坝进行了弹塑性有限元计算,并联合采用计算收敛、位移突变、塑性区贯通等安全判据,分析了在坝肩断层的影响下乌巢梯形拱坝的渐进破坏过程和极限承载能力。结果表明,对于不同的研究方法,乌巢梯形拱坝塑性区的发育规律有较大差异,但坝体的最终破坏模式相同;坝肩断层使右拱端应力和位移明显增大,对塑性区的空间发展起到限制作用。 

【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(01)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

拱冠梁剖面特征位置顺河向位移随超载倍数变化过程线

计算了运行期温降工况下考虑、不考虑断层两种条件下的坝体应力，计算结果见图4。图中“-”表示压应力，“+”表示拉应力。由图4可知，两种情况下，坝体应力分布规律相似，但在数值大小及局部应力中又有不同。上游坝面以压应力为主，仅在坝踵处出现一定的拉应力，应力等值线水平分布，在左右拱端形成线性区域；下游坝面全部表现为压应力，应力等值线呈明显的“U”形分布，从拱冠到拱端、从坝顶到坝底压应力逐渐变大。然而，考虑坝肩断层时，坝面大部分位置的压应力相应减小，而在右拱端与断层相交处，局部位置压应力明显增大。这是因为断层材料松软，弹性模量与坝体相差较大，从而在相交处产生较大的局部应力，压应力由原来的2.10 MPa增大至3.50MPa，断层使拱端应力得到了有效的释放。由此可知，对拱坝进行有限元计算时，是否考虑断层这类地质条件对坝体应力大小及局部应力的分布有一定的影响。4.2 位移

运行期温降工况下考虑、不考虑断层时的坝体顺河向位移UY计算结果见图5，图5中“-”表示指向下游。由图5可知，两种情况下坝体的位移分布规律相似，坝体均产生向下游的位移，并在坝面内呈现明显的“扇形”渐变趋势。由于两岸岩体及河谷基岩对坝体的空间约束作用，坝顶拱冠梁位置UY最大，坝底拱端位置UY最小。断层的存在削弱了两岸岩体对拱坝的约束，使拱坝位移UY值变大，最大值由原来的6.27mm（指向下游）增大至6.41mm（指向下游），最小值也由0.54mm（指向上游）变为0.48mm（指向上游）。在静力计算中断层对拱坝位移值改变较小，但在破坏过程中断层对位移的影响程度随Kf、Kp的增大而增大。分别绘出降强法和超载法在最终溃坝的临界状态时上游坝面左右拱端位移曲线及不考虑断层时的拱端位移曲线，结果见图6。由图6可知，乌巢拱坝为完全对称拱坝，在不考虑断层的情况下，左、右拱端顺河向位移相同；考虑断层时，由于右拱端坐落在断层F15上，UY极值明显大于左拱端；断层对拱端位移造成的影响随高程而增大，最高可达到16.4%。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三维有限差分法的小湾拱坝施工步模拟及极限承载分析[J]. 甘海阔,赖国伟,李业盛.  岩石力学与工程学报. 2013(S2)
[2]高拱坝承载能力研究[J]. 王均星,张优秀,王汉辉.  武汉大学学报(工学版). 2004(01)
[3]溪洛渡高拱坝渐进破坏过程仿真分析与稳定安全度研究[J]. 周伟,常晓林,唐忠敏,黎满林.  四川大学学报(工程科学版). 2002(04)



本文编号：3572748