碾压混凝土拱坝坝肩稳定及坝体分缝影响研究

本文针对高拱坝的特点及实际工程问题，采用三维地质力学模型试验与有限元计算相结合的方法，研究高拱坝的坝体及坝肩整体稳定性，并根据天然地基下坝肩破坏形态提出了两个加固处理方案，分析了各自的加固处理效果，从而为工程上制定较为合理的加固措施提供参考依据，同时对拟定的坝体四种不同分缝方案进行了计算分析，推荐了相对较优的分缝形式。

前言
第1章绪论1
1.1研究意义1
1.2碾压混凝土筑坝技术的发展概况2
1.3国内外高拱坝研究现状3
1.3.1国内外高拱坝的发展趋势3
1.3.2国内外高拱坝的稳定分析方法4
1.3.3高拱坝整体稳定分析及加固实例5
1.4国内外拱坝诱导缝的研究现状及工程实例7
1.5本书研究思路及主要内容10
第2章地质力学模型试验理论与方法12
2.1地质力学模型试验的发展简况12
2.2地质力学模型试验的分类13
2.2.1根据作用荷载的特性分类13
2.2.2根据空间模拟范围分类13
2.2.3根据制作方式分类14
2.3相似理论14
2.3.1相似条件14
2.3.2地质力学模型试验的相似判据16
2.4地质力学模型试验研究方法17
2.4.1超载法17
2.4.2强度储备法19
2.4.3综合法20
第3章有限元理论与方法23
3.1岩体及弹塑性奉构关系23
3.2屈服准则24
3.2.1优选拉应力准则25
3.2.2Mohr—Coulomb准则25
3.2.3Drucker—Prager准则和Mises准则26
3.3ANSYS非线性有限元分析基本理论27
3.3.1ANSYS软件简介27
3.3.2强度准则27
3.3.3创建有限元模型28
3.3.4加载与求解28
3.3.5后处理模块28
第4章拱坝坝肩稳定破坏机理试验研究29
4.1立洲工程概况及地质条件29
4.1.1工程概况29
4.1.2坝址区工程地质条件31
4.2影响拱坝整体稳定的复杂地质构造分析33
4.2.1断层贯穿坝肩及河床33
4.2.2长大裂隙纵横交错33
4.2.3层问剪切带沿层面发育34
4.3岩体及主要结构面力学参数36
4.3.1岩体力学参数36
4.3.2主要结构面力学参数36
4.4模型试验设计与制作工艺37
4.4.1模型相似条件及几何比尺37
4.4.2模拟范围38
4.4.3坝肩（坝基）岩体及地质构造模拟38
4.4.4模型材料的研制38
4.4.5模型坝体及岩体制作和加工40
4.5模型加载及量测系统的布置40
4.5.1横型加载系统40
4.5.2模型量测系统41
4.6模型试验方法及步骤42
4.7主要试验成果及分析43
4.7.1坝体变位分布特征43
4.7.2坝体应变分布特征44
4.7.3坝肩及抗力体表面变位分布特征44
4.7.4主要结构面相对变位分布特征45
4.7.5模型破坏过程及最终破坏形态46
第5章坝肩稳定加固方案研究49
5.1有限元分析基本原理49
5.1.1有限元分析的基本过程49
5.1.2岩体本构关系50
5.1.3屈服准则52
5.1.4ANSYS软件简介及基本原理53
5.2数值计算模拟范围及结构离散53
5.3天然地基方案有限元计算成果分析55
5.3.1坝体位移分布特征55
5.3.2坝体应力分布特征56
5.3.3坝肩及抗力体表面位移分布特征57
5.3.4主要结构面相对位移分布特征58
5.3.5坝肩（坝基）超载特性及破坏模式和破坏机理分析60
5.3.6综合安全度评价60
5.3.7有限元计算与模型试验结果对比分析61
5.4立洲拱坝坝肩加固处理方案64
5.5加固方案同天然地基方案对比分析66
5.5.1加固方案一计算成果分析66
5.5.2加固方案二计算成果分析69
5.5.3加固地基方案同天然地基方案对比分析72
5.6加固地基方案对比分析79
5.6.1大坝变位对比分析79
5.6.2坝肩及抗力体变位对比分析79
5.6.3主要结构面相对位移对比分析80
5.6.4整体安全度对比分析81
5.6.5个结及建议81
第6章拱坝分缝形式研究82
6.1研究目标及坝体分缝方案82
6.1研究目标82
6.1.2坝体分缝方案82
6.2立洲拱坝计算模型84
6.2.1计算范围84
6.2.2强度准则85
6.2.3计算模型85
6.2.4计算工况86
6.2.5超载方式86
6.3坝体及坝肩的模拟86
6.3.1坝体分缝的模拟86
6.3.2坝肩的概化与模拟87
6.4正常工况下计算结果分析87
6.4.1主要计算成果88
6.4.2坝体位移分布特点分析89
6.4.3坝体应力分布特性分析90
6.5不同方案下坝与坝肩的超载特性分析92
6.5.1方案一（无缝）计算成果及分析93
6.5.2方案二（四条缝）计算成果及分析94
6.5.3方案三（周边缝）计算成果及分析96
6.5.4方案四（三条缝）计算成果及分析97
6.6本章小结及推荐方案98
第7章成果附图及照片100
7.1模型试验附图100
7.1.1模型量测系统布100
7.1.2坝体变位量测107
7.1.3坝体应变量测109
7.1.4坝肩及抗力体表面变位量测111
7.1.5软弱结构面相对变位量测115
7.1.6最终破坏形态118
7.2天然地基有限元计算附图120
7.2.1坝肩及软弱结构面特征点布置120
7.2.2坝体变位云图及变位荷载关系曲线122
7.2.3坝体应变云图126
7.2.4坝肩表面变位云图及变值荷载关系曲线128
7.2.5软弱结构面变位云图及变位荷载关系曲线130
7.2.6坝肩及典型高程平面塑性区云图134
7.3加固方案—有限元计算附图141
7.3.1坝体变位云图及变位荷载关系曲线141
7.3.2坝体应变云图145
7.3.3坝肩表面变位云图及变位荷载关系曲线146
7.3.4软弱结构面变位云图及变位荷载关系曲线148
7.3.5坝肩及典型高程平面塑性区云图151
7.4加固方案二有限元计算附图157
7.4.1坝体变位云图及变位荷载关系曲线157
7.4.2坝体应变云图160
7.4.3坝肩表面变位云图及变位荷载关系曲线161
7.4.4软弱结构面变位云图及变位荷载关系曲线163
7.4.5坝肩及典型高程平面塑性区云图166
7.5拱坝分缝形式计算成果附图172
7.5.1正常工况下坝体变位分布172
7.5.2正常工况下坝体主应力分布180
7.5.3超载工况下坝体变位分布185
7.5.4超载工况下坝肩塑性区变化188
7.5.5超载工况下坝体表面裂纹区域分布192
参考文献196