碾壓混凝土拱壩壩肩穩(wěn)定及壩體分縫影響研究

前言 第1章 緒論 1 1.1 研究意義 1 1.2 碾壓混凝土筑壩技術(shù)的發(fā)展概況 2 1.3 國內(nèi)外高拱壩研究現(xiàn)狀 3 1.3.1 國內(nèi)外高拱壩的發(fā)展趨勢 3 1.3.2 國內(nèi)外高拱壩的穩(wěn)定分析方法 4 1.3.3 高拱壩整體穩(wěn)定分析及加固實例 5 1.4 國內(nèi)外拱壩誘導(dǎo)縫的研究現(xiàn)狀及工程實例 7 1.5 本書研究思路及主要內(nèi)容 10 第2章 地質(zhì)力學(xué)模型試驗理論與方法 12 2.1 地質(zhì)力學(xué)模型試驗的發(fā)展簡況 12 2.2 地質(zhì)力學(xué)模型試驗的分類 13 2.2.1 根據(jù)作用荷載的特性分類 13 2.2.2 根據(jù)空問模擬范圍分類 13 2.2.3 根據(jù)制作方式分類 14 2.3 相似理論 14 2.3.1 相似條件 14 2.3.2 地質(zhì)力學(xué)模型試驗的相似判據(jù) 16 2.4 地質(zhì)力學(xué)模型試驗研究方法 17 2.4.1 超載法 17 2.4.2 強度儲備法 19 2.4.3 綜合法 20 第3章 有限元理論與方法 23 3.1 巖體及彈塑性奉構(gòu)關(guān)系 23 3.2 屈服準則 24 3.2.1 最大拉應(yīng)力準則 25 3.2.2 Mohr-Coulomb準則 25 3.2.3 Drucker-Prager準則和Mises準則 26 3.3 ANSYS非線性有限元分析基本理論 27 3.3.1 ANSYS軟件簡介 27 3.3.2 強度準則 27 3.3.3 創(chuàng)建有限元模型 28 3.3.4 加載與求解 28 3.3.5 后處理模塊 28 第4章 拱壩壩肩穩(wěn)定破壞機理試驗研究 29 4.1 立洲工程概況及地質(zhì)條件 29 4.1.1 工程概況 29 4.1.2 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件 31 4.2 影響拱壩整體穩(wěn)定的復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造分析 33 4.2.1 斷層貫穿壩肩及河床 33 4.2.2 長大裂隙縱橫交錯 33 4.2.3 層問剪切帶沿層面發(fā)育 34 4.3 巖體及主要結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù) 36 4.3.1 巖體力學(xué)參數(shù) 36 4.3.2 主要結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù) 36 4.4 模型試驗設(shè)計與制作工藝 37 4.4.1 模型相似條件及幾何比尺 37 4.4.2 模擬范圍 38 4.4.3 壩肩（壩基）巖體及地質(zhì)構(gòu)造模擬 38 4.4.4 模型材料的研制 38 4.4.5 模型壩體及巖體制作和加工 40 4.5 模型加載及量測系統(tǒng)的布置 40 4.5.1 橫型加載系統(tǒng) 40 4.5.2 模型量測系統(tǒng) 41 4.6 模型試驗方法及步驟 42 4.7 主要試驗成果及分析 43 4.7.1 壩體變位分布特征 43 4.7.2 壩體應(yīng)變分布特征 44 4.7.3 壩肩及抗力體表面變位分布特征 44 4.7.4 主要結(jié)構(gòu)面相對變位分布特征 45 4.7.5 模型破壞過程及最終破壞形態(tài) 46 第5章 壩肩穩(wěn)定加固方案研究 49 5.1 有限元分析基本原理 49 5.1.1 有限元分析的基本過程 49 5.1.2 巖體本構(gòu)關(guān)系 50 5.1.3 屈服準則 52 5.1.4 ANSYS軟件簡介及基本原理 53 5.2 數(shù)值計算模擬范圍及結(jié)構(gòu)離散 53 5.3 天然地基方案有限元計算成果分析 55 5.3.1 壩體位移分布特征 55 5.3.2 壩體應(yīng)力分布特征 56 5.3.3 壩肩及抗力體表面位移分布特征 57 5.3.4 主要結(jié)構(gòu)面相對位移分布特征 58 5.3.5 壩肩（壩基）超載特性及破壞模式和破壞機理分析 60 5.3.6 綜合安全度評價 60 5.3.7 有限元計算與模型試驗結(jié)果對比分析 61 5.4 立洲拱壩壩肩加固處理方案 64 5.5 加固方案同天然地基方案對比分析 66 5.5.1 加固方案一計算成果分析 66 5.5.2 加固方案二計算成果分析 69 5.5.3 加固地基方案同天然地基方案對比分析 72 5.6 加固地基方案對比分析 79 5.6.1 大壩變位對比分析 79 5.6.2 壩肩及抗力體變位對比分析 79 5.6.3 主要結(jié)構(gòu)面相對位移對比分析 80 5.6.4 整體安全度對比分析 81 5.6.5 個結(jié)及建議 81 第6章 拱壩分縫形式研究 82 6.1 研究目標及壩體分縫方案 82 6.1 研究目標 82 6.1.2 壩體分縫方案 82 6.2 立洲拱壩計算模型 84 6.2.1 計算范圍 84 6.2.2 強度準則 85 6.2.3 計算模型 85 6.2.4 計算工況 86 6.2.5 超載方式 86 6.3 壩體及壩肩的模擬 86 6.3.1 壩體分縫的模擬 86 6.3.2 壩肩的概化與模擬 87 6.4 正常工況下計算結(jié)果分析 87 6.4.1 主要計算成果 88 6.4.2 壩體位移分布特點分析 89 6.4.3 壩體應(yīng)力分布特性分析 90 6.5 不同方案下壩與壩肩的超載特性分析 92 6.5.1 方案一（無縫）計算成果及分析 93 6.5.2 方案二（四條縫）計算成果及分析 94 6.5.3 方案三（周邊縫）計算成果及分析 96 6.5.4 方案四（三條縫）計算成果及分析 97 6.6 本章小結(jié)及推薦方案 98 第7章 成果附圖及照片 100 7.1 模型試驗附圖 100 7.1.1 模型量測系統(tǒng)布 100 7.1.2 壩體變位量測 107 7.1.3 壩體應(yīng)變量測． 109 7.1.4 壩肩及抗力體表面變位量測 111 7.1.5 軟弱結(jié)構(gòu)面相對變位量測 115 7.1.6 最終破壞形態(tài) 118 7.2 天然地基有限元計算附圖 120 7.2.1 壩肩及軟弱結(jié)構(gòu)面特征點布置 120 7.2.2 壩體變位云圖及變位荷載關(guān)系曲線 122 7.2.3 壩體應(yīng)變云圖 126 7.2.4 壩肩表面變位云圖及變值荷載關(guān)系曲線 128 7.2.5 軟弱結(jié)構(gòu)面變位云圖及變位荷載關(guān)系曲線 130 7.2.6 壩肩及典型高程平面塑性區(qū)云圖 134 7.3 加固方案—有限元計算附圖 141 7.3.1 壩體變位云圖及變位荷載關(guān)系曲線 141 7.3.2 壩體應(yīng)變云圖 145 7.3.3 壩肩表面變位云圖及變位荷載關(guān)系曲線 146 7.3.4 軟弱結(jié)構(gòu)面變位云圖及變位荷載關(guān)系曲線 148 7.3.5 壩肩及典型高程平面塑性區(qū)云圖 151 7.4 加固方案二有限元計算附圖 157 7.4.1 壩體變位云圖及變位荷載關(guān)系曲線 157 7.4.2 壩體應(yīng)變云圖 160 7.4.3 壩肩表面變位云圖及變位荷載關(guān)系曲線 161 7.4.4 軟弱結(jié)構(gòu)面變位云圖及變位荷載關(guān)系曲線 163 7.4.5 壩肩及典型高程平面塑性區(qū)云圖 166 7.5 拱壩分縫形式計算成果附圖 172 7.5.1 正常工況下壩體變位分布 172 7.5.2 正常工況下壩體主應(yīng)力分布 180 7.5.3 超載工況下壩體變位分布 185 7.5.4 超載工況下壩肩塑性區(qū)變化 188 7.5.5 超載工況下壩體表面裂紋區(qū)域分布 192 參考文獻 196