（水工结构工程专业论文）拱坝开裂分析及拉应力控制方法研究.pdf

攒要 摘要 本文针对拱坝开裂分析以及拉威力控制标准研究过程中遇碰到的一系列问题进行了 深入疆究，主要耢究痰容磐下： ( 1 ) 混凝土应变空间破坏准则。研究建立在虑变空间上的四参数混凝土破坏准则，与已有 威力空闯准受| j 和收集到的诚验成栗迸彳亍了眈较，说弱该准受| j 的有效性。 ( 2 ) 漫凝土损伤模型。提出了蕈孛薪的用于器囱凰性损伤模型的妞参数等效废变。磺究采 用该等效应变结合的损伤模型在描述对多轴应力状态下混凝士本构关系的实用性。 ( 3 ；攀意盛移控露g 法多势赢滋锱燕载方法。袋建单患篷移控巷l 法多节熹魄键热载对浚凝 结构进行加载，研究其模拟结构 线性加载全过程的可行憾。 ( 4 ) 嵌入不连续模型在软弱结构蓓戆裙多应翔。对嵌入不连续横鍪进彳予了初步研究，并将 其运用于对含有软弱结构藤的岩体的分析，比较了嵌入不连续模型与常规实体莉限单 元分析方法的结果，分折将嵌入不连续模型运用于求解软弱结构面问题的可行饿以及 葵存在麴难点。 ( 5 ) 周部网格加密方法。提出一种局部网格加密方法，根据单元损伤值的大小确定加密区 域，按照诗舅精废簧求礁怒鸯霎密瓣接懿尺寸，阕露奁瘸部黧密嚣耧薄趣簿速熬交界瑟 上建立了粗密网格间的位移协调关系以保证局部加密求解的有效性和合城性，以解决 由于丽格遘稽傻计髯精度 鬣丽阚格过细又使计算量大的闻题。 ( 6 ) 拱坝拉应力控制指标确定方法及承载自& 力。针对如何制定拱坝拉应力控制标凇的问 题，提出了一种思路：通邋改变不同荷载组合中的可变荷载，求解满足开裂控制范围 要求熬最大馕，月政祷载捺求弹矬状态下的旁隈元等效应力，对基建襄淼建撰壤进霉亍 一系列分析后可得到不同拱坝的肖限元等效应力容许值，对其进行统计分析从而建立 蒸有营速意义瓣撰鬏不瓣穗载组会下懿控应力茬隶搽准。势疆在罄霪稻承蘅载佟露下 的溪洛渡拱坝为例，探讨以此作为拱坝设计中的控制拉应力指标的可行饿。 关键词：拱坝破坏准则各向阉性损伤模型单点位移控制多节点比例加载局部加密拉 应力控制方法 h 河海大学博士学位论文 a b s t r a c t as e r i e so fr e s e a r c h e sa r ed e v e l o p e df o ra r c hd a mc r a c 妇n ga 1 1 a l y s i sa 1 1 di t st e n s i l es t r e s s c o n 订0 1c r i t e r i o n ： ( 1 ) f a i l u r cc r i t e r i o nf o rc o n c r e t ei ns t r a ms p a c e af o u rp a r 锄e t e r sf 醣l u r ec r i t e r i o i i ls 订a i l l s p a c ei sr e s e 甜c h e da n dc o r n p a r e dw i m m ef 越1 1 】r ec 血e r i o n sf o rc o n c r e t cms t r e s ss p a c ea 1 1 d t e s tr e s u l t s i t sa d a p t a b 订i 够a n dc h a r a c t e r i s t i ca r ev e r i f i e d ( 2 ) d a m a g ec o n s t i m t i v em o d e l sf o rc o c r e t e an e wf o u r - p a r a m e t e re q u i v a l e n ts t r a i nf o r i s o t r o p yd 锄a g em o d e ii sp r e s e m e d b ya n “y z i n gt i l ed 锄a g em o d e l 晰t 1 1i tu i l d e r m u n i 一“i a ls t r e s ss 诅t e s ，“sp r a c t i c a b i l 埘i st e s t i f i e d b y ( 3 ) am e t h o db yc o n t r o l l i gas i n 9 1 ep o i n td i s p l a c e m e n tt oi m p l e m e n ti n u h i - n o d a lp r o p o n i o i l a l 1 0 a d i n g i t sf b a s i b i l 蚵f o rs i m u l a t i n g 恤ew h o l en 0 1 1 l h e a rl o a d 血gc u r v ei sr e s e a r c h e d ( 4 ) t h ee m b e d d e dd i s c o n t m o u sm e m o di su s e df o ra 1 1 a l y s i sm ei n t e r l a y e ri nr o c km a s s b y c o m p a r i n gw i m 也er e g u l a rf i n j t ee l e m e mm e 也o d ，i t sf e a s i b i l i t yf o ra 直l a l y z i n gm ei n t e r l a y e r i n 也e 1 a s s i v es 订u c t l l r e sa n di t sm e r i t s 髓dd e m e r i t sa r er e v i e w e d ( 5 ) a1 0 c a lm e s he n c r ) p t i o nm e n l o di sp 糟s e n t e d a c c o r d i n gt ot 1 1 ed 锄a g ev a l u e 卸dt h e p r c c i s i o nv a l u e ，仕i ee l e m e m sw m c hw i l lb ee n c r y p t e da n d l es i z ea r ed e t e 皿i n e d t h e i n c o m p a t i b l ea r i t h m e t i ci su s e dt od e a lw i t ht h er e l a t i o nb e t v v 7 e e nn l eo l dm e s ha 1 1 dt 1 1 en e w m e s h 1 1 1 i sr n c m o dc a i ld e a lv v i mt h ed i 伍c m t i e sc a u s e db yr o u 曲m e s ha n df i n cm e s h ( 6 ) t e n s i l es 仃e s sc o n t m lm e t h o da n do v e d o a dc a p a c 毋f o ra r c hd 锄sa r es t u d i e d t h em e m o d h o wt od e t e m i n et h et e n s i l ec d t e r i o nf o ra r c hd 锄i sp r e s e n t e d b ym o d i 母i n gt h ev a r i a b l e l o a do fd i f l c r e ml o a dc o n d i t i o nt os 0 1 v e 廿1 em a x i n n l ml o a dw h i c hm e e t st 1 1 ec o i l t r o l c r a c l 【i i l gm g e ，龇e q u i v a l e ms 订e s su 1 1 d e r t l l i s1 0 a di sc a l c u l a t e d d i 髓r e n te q u i v a l e n t s t r e s s e sf o rd i 疗e r e n ta r c hd 锄a r eo b 切丑1 e d b yt h i s l e 廿1 0 d t h et e l l s i l ec o n t r 0 1 嘶t e r i o n 谢l lb e9 0 札e nb yu s i n gs t a t i s t i ca i l a l y s i s “1t h ed i 船r c n te q u i v “e ms 仃e s s e su n d e rd i 盛r c i l t l o a dc o n d i t i o n i t sr e a s o n a b l e aa n df e a s i b i l i 毋a r cd i s c u s s e d b ya 1 1 a l y z i n gx i l o u d ua r c hd 蜘 u n d e rg r a v i 哆a n dw a t e rp r e s s u r e k e y w o r d s ：a r c hd a m ，f 撕l u r ec r i t c r i o n ，i s o 仃o p yd a m a g em o d e l ，s i n g l ep o i md i s p l a c e m e m c o n 订o lf o rm l l l t i n o d a lp r o p o r t i o n a l1 0 a d i n g ，l o c a lm e s he n c r y p t i o n ，t e i l s i l es t r e s sc o n t r 0 1 l i n g m e t l l o d i i i 河海大学博士学位论文 前言 拱壤伟为琶内外主要躺额登之一，其优越性已得到广泛的认可。上缎纪以来，随蓠 经骏骢积累积科学技术水平豹不鞭提高，拔域建设发麓总鹣趋势愚竣豹离度不新增翻， 辍跨度魂西箍广应用予宽河谷而增大，顼塑粥向双荫薄擞方阿发展，没诗骢容许威力观 照搬褰，对坝址地形地震条件的要求瞧放宽了，甚至奁不甍的遮形、遣质条件下稳建成 了不少商揆域。混凝撰粳阻箕独商的强超载熬力及囊调节性能在世爨备疆斡坝工实黢 中褥裂了缀大静发展。然霭，拱壤的羿裂骥象凡乎和擞壤的历史一样久遁。裂缝的存在 会影确撰坝的安全瞧、实趣性期慰久瞧，蓑裂缝扩展，还会导致拱埂破坯。掰洪，人髑 常紫把裂缝煞存在及扩展褫为琰体破坏静危险镊兆。因诧骈究滢凝拱顼裂缝的扩展祭 譬、传撩规则以及合理的模拟裂缝作蹋一妻受到工程爨的关注。男终，我阑现行混凝 擞璞设计掇范存在不合理盼缝方：斑力标撵秽建筑物重要链无关，餐译燕捉应力善濑凝 土的强度无关。不少赢拱坝舱应力分掇魏模型试验也表甥：即使在设计蕊载下，程拱壤煞 菜骜部位，菇实际拉应力也可能远远越过浚凝静抗拉强度，新黻拱颤在菜些搿载下发 生局部拜裂是难受的。褥且拱坝是篱次趣静定结擒，局部藏圈内熊好裂势不袭汞结构巴 丧失承载麓力。因诧，有必要通过研究摸城的拽应力控青4 标准以及最终承裁能力等基础 蠼的闻慰来猎导拱坝姻设计细建设。 本文的主要创新点： 1 ) 提出了一秘瑟静震予各粕弱牲援伤模型静蹬参数等效应变，耀予求熊革辅窿力状 态以及多轴应力状态下混凝土的损伤模慧； 2 提交了擎点位移控锚多节赢跪铡糖载法，实璇了混激士单携点应力馥交趋线嚣线 性全过程的模拟，从而为拱坝超载分析提供加载依据； 3 ) 掇崮一种局部两格翔密方法，解决了采甬有限元对港凝土进行歼耧分析辩网格尺 寸弓l 起的糖度及计算攮阏题； 4 ) 掇出了如何建立拱顼不简荷载缀合下拉应力控制标准的构想，探讨了该方法的可 爨性。 河海大学博士学位论文 图表目录 图1 1 离散裂缝模式6 图1 2 片状袭缝模式6 图1 3 位移不连续8 图2 1 双辘应力状态下各种破坏准剡的毙较3 0 图2 2 三轴受压应力状态下拉子午线的比较3 1 图2 。3 三轴受压应力状态下压子午线的毙较3 l 图2 4 三轴拉压威力状态下拉子午线的比较3 2 图2 5 三三轴拉压虑力状态下压子午线的比较3 2 圈3 1 对混凝域应力与裂缝关系的各种描述洋霹3 5 图3 2 有效应力的概念3 6 圈3 ，3 皮交等效的概念3 6 图3 4l o l a n d 损伤模型应力应变曲线3 8 图3 。5 z a r s 损伤模型应力应变曲线3 9 图3 6 分段线性模型的应力应变曲线4 0 图3 7 分段曲线模型的应力鹿变曲线4 0 图3 8 双线性模型的应力应变曲线4 l 图3 9 单轴拉伸威力应变曲线的比较4 7 强3 1 0 单轴压缩应力应交曲线的比较4 7 图3 1 l 双轴拉伸虚力应变曲线4 7 图3 1 2 双轴拉伸斑力应变麴线( 文献# 4 。1 ) 4 7 图3 1 3 双轴压缩应力应变曲线4 7 图3 ，1 4 双轴压缩应力应变曲线( 文献【2 4 0 1 ) 4 7 图3 1 5 双轴拉撬应力应变曲线4 8 图3 1 6 双轴拉压应力应变曲线( 文献【2 4 0 】) 4 8 图3 1 7 三轴压缩虑力应交睦线4 8 图4 1 ( a ) 混凝土熏力坝的几何图形( 单位：蝴) 5 4 圈4 。l ( b ) 鼹格翔分图驰 图4 2 a 点的反力平衡示意图5 5 图4 ，3 萄载一鳓( 张开位移) 盐线5 6 图5 1 有软弱结构面的物体5 8 图5 2 连续函数的定义5 8 图5 3 ( 8 ) 其有软弱结构面物体的有隈元网格6 0 图5 3 ( b ) 嵌入不连续单元“6 0 图表目录 图5 4 具有软弱结构面的块体( 擎位：m m ) 6 3 图5 5s t 的弼格音分图6 3 匿5 6e a s l 的网壤剖分塑6 3 图5 7e a s 2 豹网搀剖分图6 3 图5 8s t 的变形豳6 3 图5 。9e a s l 的变形图6 3 图5 1 0s t 的y 向位移圈( 单位：m ) 6 4 图5 1 1e a s l 的y 向位移图( 单位：m ) 6 4 图5 1 2s t 的x 向应力( 单位：埘钿，a ) 6 4 鎏5 1 3e a s l 的x 向应力( 单位：l o 馏8 ) 6 4 图5 ，1 4s t 麴y 肉应力( 单位：l o 咖a ) 6 4 图5 1 5e a s l 的y 向应力( 单位：1 0 啊p a ) 6 4 图5 1 5s t 的x y 向应力( 单位：1 0 4 肝a ) 6 5 图5 1 7e a s l 的x y 向应力( 单位：1 嘲p a ) 6 5 图5 1 8 t c h e d 网格图6 6 图5 1 9n o t c h e d 变形图6 6 图5 2 0n o t c h e d 2 网格圈两 图s 2 1n o t e h e d 2 变形图6 6 国6 ，l 八节点六磊体单元6 9 图6 2 第l 号面的加密( n = 3 ) 7 1 图6 3 单元最终加密网格( 群3 ) 7 1 图6 4 局部加密点的定义7 2 图6 5 线及丽上协调插值系数的求解7 3 图6 6 有凹稽试件( 单位：m m ) 7 5 圉6 7 拐始网格鞠? 5 銎6 8 协调加密网格7 5 霉6 9 羯郝非协调加密网撂7 5 图6 1 0 连续加密协调阕格计算所得破坏图7 5 图6 1 1 局部非协调加密网格计算所 辱破坏图7 5 图6 1 2 连续加密网格破坏位置图7 5 图6 1 3 局部非协调加密网格破坏位置图7 5 圈6 1 4 各种两格荷载一最大张开位移盐线7 5 图6 1 5 计算模型 一协调加密踺格7 6 图6 1 6 计算模型i i 一局部非协调加密弼格7 8 河海大学博士学位论文 图6 1 7 坝体上游面控制单元位置7 6 图6 1 8 坝体下游面控制单元位置7 6 图6 1 9 混凝土重力坝的几何图形( 单位：硼) 7 7 图6 2 0 初始网格图i 7 8 图6 2 l 网格i i 7 8 图6 2 2 网格i i i 7 8 图6 2 3 网格i 计算所得损伤图7 8 图6 2 4 网格i i 计算所得损伤图7 8 图6 2 5 网格i i i 计算所得损伤图7 8 图6 2 6 荷载一开裂位移c m o d 图7 9 图7 1 拱坝上游拉应力集中区8 4 图7 2 有限元等效应力法8 5 图7 3 计算简图( 单位：m ) 8 6 图7 4 有限元计算网格模型( 未进行局部加密前) 8 6 图7 5 坝体与地基间的薄层单元( 局部加密前) 8 7 图7 6 ( a ) 沿厚度方向局部加密1 0 层网格网格i 8 7 图7 6 ( b ) 沿厚度方向局部加密3 0 层网格一网格i i 8 7 图7 6 ( c ) 沿厚度方向局部加密5 0 层网格一网格i i i 8 8 图7 7 ( a ) 建基面上沿厚度方向上的点8 9 图7 7 ( b ) 上游面沿建基面上的点8 9 图7 8 ( a ) 自重+ 水荷载沿厚度方向损伤变化图( 前1 1 0 厚度) 9 0 图7 8 ( b ) 水荷载+ 自重沿厚度方向应力变化图( 前三分之一位置) 9 0 图7 8 ( c ) 水荷载+ 自重沿厚度方向点的应力变化曲线9 0 图7 8 ( d ) 水荷载+ 自重沿上游面建基面上各点的应力变化曲线 9 1 图7 9 位移控制点示意图9 2 图7 1 0 超载系数一径向位移图9 3 图7 1 1 拱冠梁损伤示意图9 3 9 4 图7 1 2 坝体上下游面的第一主应力和第三主应力变化图9 5 9 7 图表目录 表2 1 单轴应力状态主要计算结果3 0 表3 1 单轴应力状态主要计算结果4 6 表3 2 双向应力状态下主要计算结果4 7 表5 1 积分点上的权函数6 1 表5 2s t 、e a s l 和e a s 2 的主要计算结果6 5 表5 3 规则网格( n o t c h e d ) 与不规则网格( n o t c h e d 2 ) 的比较6 6 表6 1 单元边的起始节点和终止节点7 0 表6 2 面与单元节点的对应关系( “一”号表示方向相反)7 0 表6 3 各控制单元不同计算模型应力结果比较7 7 表6 。4 各控制单元不同计算模型的第一第三主应力比较7 7 表7 1 自重水荷载作用下三种网格有限元计算结果比较8 8 表7 2 沿厚度方向上点的位置8 8 学位论文独创性声甥： 本人所呈交的学位论文是我个入在导师指婚下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文巾不包含冀德人已经发装或撰写避的研究戒采。与凌一鬻工作的丽攀 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 鲡琴实，零入负全都责妊。 论文作者( 签名 ： 磐 施7 莠，秘 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中圈学术期刊 ( 凳盎敝) 电子杂恚挂有权徐整本人所送交学簸论文薛复印斧或电子文 档，可以采用影印、缩印溅其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容灏纸质论文戆志寥相一致。除在赣 密期内的保密论文外，允许论文被 查阅和借阅。论文全部躐部分内容的公布( 包括剃登) 授权河海大学研究 生院办理。 做作者c ：j 玺扛一姗年7 月厂日 河海大学博士学位论文 1 1 国内外拱坝建设概况 第一章绪论 人类修建拱坝有着悠久的历史。古罗马时期( 公元前3 世纪一3 世纪) 就修建了大量拱 形建筑和桥梁，现在发现的最古老的拱坝遗址也是罗马时期建于法国圣里米省南部的 鲍姆( v a l l o nd eb 咖e ) 拱坝，坝高1 2 m ，以及葡萄牙东南部埃沃拉( e v o r a ) 的蒙特诺 沃( m o n t en o v o ) 的一座拱坝，坝高5 7 m 。6 世纪土耳其修建了达拉( d a r a ) 拱坝，坝高 5 m 。1 3 世纪在伊朗修建了凯巴( k e b a r ) 拱坝( 坝高2 6 m ) ，阿巴斯( a b b a s ) 拱坝( 坝高 2 0 m ) 和库特里( k u r i t ) 拱坝( 坝高60 i ) 。中世纪，西班牙修建了四座拱坝，阿尔曼萨拱 坝( 坝高2 3 m ) ，蒂维拱坝( 坝高4 6 m ) ，雷列乌拱坝( 坝高3 3 m ) 和埃尔切拱坝( 坝高2 3 m ) 。 1 6 1 1 年意大利建造了高桥( p o n t ea l t o ) 拱坝( 坝高3 9 m ) 。1 7 世纪随着欧洲工业革命和 工程力学的诞生，这时建成的佐拉( z o l a ) 拱坝则是运用圆筒公式修建的第一座拱坝， 它开创了采用应力分析拱坝的先河。与佐拉拱坝同期，澳大利亚修建了一批混凝土单曲 拱坝：p a r r a m a t t a 拱坝( 坝高1 6 m ) ，t a m u w o r t h 拱坝( 坝高2 0 ) ，m u d g e e 拱坝( 坝高 1 5 m ) ，w e l l i n g t o n 拱坝( 坝高1 5 m ) ，b a r o s s a 拱坝( 坝高3 6 m ) ，l i t h g o w 拱坝( 坝高2 7 m ) ， m e d l o w 拱坝( 坝高2 0 m ) 。1 9 世纪美国建造了斯威特沃特( s w e e t w a t e r ) 拱坝。2 0 世纪， 由于固端拱法得到了大量研究，1 9 1 4 年建成了s a l m o n 拱坝。1 8 8 9 年维切尔( h v i s c h e r ) 和瓦格纳( l w a g e n e r ) 在校核1 8 8 4 年美国建成的熊谷( b e a rv a l l e y ) 拱坝时，提出了 拱冠梁法。十多年后，拱冠梁法被运用于对探险者( p a t hf i n d e r ) 拱坝和巴夫洛比尔 ( b u f f a l ob i l l ) 拱坝的设计中。1 9 1 7 年瑞士工程师将拱冠梁法发展为多拱梁法，设计 了瑞士第一座拱坝蒙特萨尔文斯( m o n t s a l v e n s ) 拱坝。1 9 2 3 1 9 3 5 年，美国垦务局对拱 梁分载法进行了深入研究和改进。1 9 3 0 年，克恩( f d k i r n ) 等提出了试载法。1 9 3 6 年， 美国垦务局修建了胡佛( h o o v e r ) 拱坝( 坝高2 2 0 m ) ，是第一座超过2 0 0 m 的高拱坝。与 美国不同，欧洲的坝工专家则强调拱的作用，采用削除受拉区的混凝土来消除梁底的拉 应力，1 9 3 5 年法国修建的马立奇( m a r e g e ) 拱坝就是根据这个原则设计的。1 9 3 9 年意大 利修建了奥雪莱塔( o s i g l e t t a ) 拱坝，在拱坝的周边设置了周边缝以消除拉应力。瑞士 1 9 5 7 年建成的2 3 6 m 的莫瓦桑拱坝，是继胡佛拱坝后第二座超过2 0 0 m 的拱坝。1 9 5 3 年建 成的马尔帕塞拱坝，1 9 5 9 年因坝基地质及处理的问题使其在瞬间溃坝。与马尔帕塞同一 时期建成的拱坝还有加日拱坝和托拉拱坝，加日拱坝在1 9 6 0 年出现较严重的开裂问题， 而托拉拱坝在1 9 6 1 年开始蓄水后即出现了很多裂缝。1 9 5 8 年，瓦伊昂拱坝开工，但是 1 9 6 3 年库区左岸山体滑坡，大坝因水库淤满而报废，但瓦伊昂拱坝却经过严重超载后却 安然无恙。另座引起关注的拱坝则是科恩布赖拱坝，1 9 7 7 年建成，由于坝踵和下游面 出现严重裂缝，虽然没有溃决，但是却花了很长时间加固。2 0 世纪5 0 年代开始了拱圈线 第一章缝论 的探索，1 9 5 4 1 9 5 5 年在瑞士建立的埃默森( v i e n xe m o s s o n ) 拱坝第一次采用抛物线作 为拱圈线型。1 9 6 3 年柴图莱斯拱坝是西科特设计了第一座椭圆拱坝。1 9 6 2 年，法国乌格 裙豢( ￥o u g l 懿s ) 拱矮采震对数螺线撰瞳 中闺修建坝和拱桥有悠久的历史，但是修建拱坝是近代才开始的。第一座拱坝建造 于1 9 2 7 年，福建厦门的上果浆砌石拱坝，坝高2 7 m 。1 9 4 9 年以后，开始大规模修建拱坝。 嫡洪甸黧力拱坝是我毽第一座裹拱坝，坝高8 7 5 m ，l 1 年建藏。1 9 5 8 年建成了流溪溺 撰瑷是我匡第一座瀵凝双蘸摸瑷，袈高7 8 m 。1 9 5 0 王9 7 0 年起步除段，建成了大约瀚 座2 0 m 以上的拱坝。从2 0 世纪7 0 年代起，我阑的拱坝建设进入了高速发展期。据国际 大坝委员会统计，截麓1 9 8 6 年底，全世界已建的坝高大于1 5 m 的拱坝戴1 6 0 8 座，其中 中蓬套7 5 6 痤，麦4 7 ，数量惩浚赛蓄霞。鬟8 0 年代表，建藏菇瀑，自由，楚莩虢， 东江，紧水滩等5 庶百米以上的游凝土拱坝。9 0 年代东风，隔河岩，李窳峡，二滩擞烦 先后建成。据中国大坝委员会1 9 9 9 年的统计资料，全世界融建成的坝高超过3 0 m 的拱坝 共l 1 0 2 嶷，其中中潮骞5 1 7 痉，占全球4 6 。9 ，歪2 0 世纪末，我国已建艘舱域高于l o o m 的混凝主拱坝l l 赢，高于7 0 m 的瀛凝土撰城3 引鸯，离子7 瀚静浆窃石擞缀2 0 余座。避 年来，我国高拱坝建设进入了一个新的高潮，2 4 0 m 高的二潍双曲拱坝已缀成功蓄水，世 界最商的小湾拱坝( 坝商2 9 2 珈) ，溪落渡( 坝离2 7 8 m ) ，锦群一级( 坝商3 0 5 m ) ，构皮滩 ( 埃赢2 3 3 疆) ，拉蘧琵( 壤轰2 s 溆) 遣己经陵续开工。瑷土这些充分谈骥了我莺在麓摸 坝的设计、施工和科研方面已达到新的水平。 1 。2 拱坝的结构特点 擞坝作为国内外主要的坝型之，其优熬性己得到广泛的认可。酋先它的外荷载主 要是通过拱的作用传递到坝端两岸，坝体应力状态以受压为主，这一特性能适应坝体材 料( 瀑凝或砌石) 抗压强度高豹特意，使材料躲强度较熊充分发挥；其次，既然拱坝 静蓊载燕要是逶遥擞的作用传递譬l 额端两瘁，掰馥拱襄的穗定性主要是依靠瑷溃两簿爱 体来维持，而不像黧力坝主要靠囱重维持，因此拱坝的体积较重力坝小得多，在坝址、 坝高条件相同的情况下，拱坝体积可为重力坝的1 1 5 1 5 ，从而节省了材料。而且， 摸瑗嚣予嵩次超静定豹空霹焘傣绥擒，吴有矮警强弱承载熊力。兰步 蘩羧灌撵或挨壤蒺 局部歼裂时，坝体_ 陂力可以自行调整，只要坝璃稳定可靠，城体安全系数一般较大。国 内外拱坝结构模型破坏试验表明；混凝土拱坝的超载能力可达设计荷载的5 1 l 倍| ：2 】。 综上瓢述，拱坝是一秘经济蛙和安全性帮比较饯越的坝墼。 1 3 问题的提出和研究的意义 掘凝是当今本承季工程中使月最广泛、也角量最大敬一秘建筑李孝料。虽然混凝 竣懿溉现要魄主石臻、巅石矮浚褥多，毽嚣为它可以琵镱成不同强度、不闯往齄霸不 2 第一章靖龟 的探索，1 9 5 41 9 5 5 年在瑞士建立的埃默森( v i e n xe m o s s o n ) 拱坝第一次采用抛物线作 为拱圈线型。1 9 6 3 年莱图莱斯拱坝是西科特设计了第一座椭圆拱坝。1 9 6 2 年，法国乌格 朗斯( v o u g l a n s ) 拱坝采用对数螺线拱“i 。 中国修建坝和拱桥有悠久的历史，但是修建拱坝是近代才开始的。第一座拱坝建造 于1 9 2 7 年，福建厦门的上果浆砌石拱坝，坝高2 7 m 。1 9 4 9 年以后，开始大规模修建拱坝。 响洪甸重力拱坝是我国第一座高拱坝，坝高8 7 5 m ，1 9 6 1 年建成。1 9 5 8 年建成了流溪河 拱坝是我国第一座混凝土双断拱坝，坝高7 8 m 。1 9 5 0 1 9 7 0 年起步阶段，建成了大约8 0 座2 0 m 以上的拱坝。从2 0 世纪7 0 年代起，我国的拱坝建设进入了高速发展期。据国际 大坝委员会统计，截至1 9 8 6 年底，全世界已建的坝高大于1 5 m 的拱坝共1 6 0 8 座，其中 中国有7 j 6 座，占4 7 0 ，数量居世界首位。至8 0 年代末，建成了凤滩白山，龙羊峡， 东江，紧水滩等5 座百米以上的混凝土拱坝。9 0 年代东风，隔河岩，李家峡，二滩拱坝 先后建成。据中国大坝委员会1 9 9 9 年的统计资料，全世晃已建成的坝高超过3 0 m 的拱坝 共l 1 0 2 座，其中中国有5 1 7 座，占全球4 6 9 ，虿2 0 世纪束，我国已建成的坝高于1 0 0 m 的混凝土拱坝儿座，高于7 0 m 的混凝土拱坝3 5 座，高于7 0 m 的浆砌石拱坝2 0 余座。近 年来，我国高拱坝建设进入了一个新的高潮，2 4 0 m 高的二滩双曲拱坝已经成功蓄水，世 界晟高的小湾拱坝( 坝高2 9 2 m ) ，溪落渡( 坝高2 7 8 m ) ，锦屏一级( 坝高3 0 5 m ) ，构皮滩 ( 坝高2 3 3 m ) ，拉西瓦( 坝高2 5 0 m ) 也已经陆续开工。以上这些充分说明了我国在高拱 坝的设计、薤工和科研方面己达到新的水平。 1 2 拱坝的结构特点 拱坝作为国内外主要的坝型之一，其优越性已得到广泛的认可。首先它的外荷载主 要是通过拱的作用传递到坝端两岸，坝体应力状态以受压为主，这一特性能适应坝体材 料( 混凝土或砌石) 抗压强度高的特点，使材料的强度较能充分发挥；其次，既然拱坝 的荷载主要是通过拱的作用传递到坝端两岸，所咀拱坝的稳定性主要是依靠坝端两岸岩 体来维持，而不像重力坝主要靠自重维持，因此拱坝的体积较重力坝小得多，在坝址、 坝高条件相同的情况下，拱坝体积可为重力坝的1 1 5 1 5 ，从而节省了材料。而且， 拱坝属于高次超静定的空间壳体结构，具有相当强的承载能力。当外荷载增加或拱坝某 局部开裂时，坝体应力可以自行调整，只要坝肩稳定可靠，坝体安全系数一般较大。国 内外拱坝结构模型破坏试验表明：混凝土拱坝的超载能力可达设计荷载的5 l l 倍1 2 j 。 综上所述，拱坝是一种经济性和安全性都比较优越的坝型。 1 3 问题的提出和研究的意义 混凝土是当今土木水利工程中使用最广泛、应用量最大的一种建筑材料。虽然混凝 土坝的出现要比土石坝、砌石坝晚得多，但因为它可以i ! i 己制成不同强度、不同性能和不 土坝的出现要比上石坝、砌石坝晚得多，但因为它可以配制成不同强度、不同性能和不 第一章缝论 的探索，1 9 5 4 1 9 5 5 年在瑞士建立的埃默森( v i e n xe m o s s o n ) 拱坝第一次采用抛物线作 为拱圈线型。1 9 6 3 年柴图莱斯拱坝是西科特设计了第一座椭圆拱坝。1 9 6 2 年，法国乌格 裙豢( ￥o u g l 懿s ) 拱矮采震对数螺线撰瞳 中闺修建坝和拱桥有悠久的历史，但是修建拱坝是近代才开始的。第一座拱坝建造 于1 9 2 7 年，福建厦门的上果浆砌石拱坝，坝高2 7 m 。1 9 4 9 年以后，开始大规模修建拱坝。 嫡洪甸黧力拱坝是我毽第一座裹拱坝，坝高8 7 5 m ，l 1 年建藏。1 9 5 8 年建成了流溪溺 撰瑷是我匡第一座瀵凝双蘸摸瑷，袈高7 8 m 。1 9 5 0 王9 7 0 年起步除段，建成了大约瀚 座2 0 m 以上的拱坝。从2 0 世纪7 0 年代起，我阑的拱坝建设进入了高速发展期。据国际 大坝委员会统计，截麓1 9 8 6 年底，全世界已建的坝高大于1 5 m 的拱坝戴1 6 0 8 座，其中 中蓬套7 5 6 痤，麦4 7 ，数量惩浚赛蓄霞。鬟8 0 年代表，建藏菇瀑，自由，楚莩虢， 东江，紧水滩等5 庶百米以上的游凝土拱坝。9 0 年代东风，隔河岩，李窳峡，二滩擞烦 先后建成。据中国大坝委员会1 9 9 9 年的统计资料，全世界融建成的坝高超过3 0 m 的拱坝 共l 1 0 2 嶷，其中中潮骞5 1 7 痉，占全球4 6 。9 ，歪2 0 世纪末，我国已建艘舱域高于l o o m 的混凝主拱坝l l 赢，高于7 0 m 的瀛凝土撰城3 引鸯，离子7 瀚静浆窃石擞缀2 0 余座。避 年来，我国高拱坝建设进入了一个新的高潮，2 4 0 m 高的二潍双曲拱坝已缀成功蓄水，世 界最商的小湾拱坝( 坝商2 9 2 珈) ，溪落渡( 坝离2 7 8 m ) ，锦群一级( 坝商3 0 5 m ) ，构皮滩 ( 埃赢2 3 3 疆) ，拉蘧琵( 壤轰2 s 溆) 遣己经陵续开工。瑷土这些充分谈骥了我莺在麓摸 坝的设计、施工和科研方面已达到新的水平。 1 。2 拱坝的结构特点 擞坝作为国内外主要的坝型之，其优熬性己得到广泛的认可。酋先它的外荷载主 要是通过拱的作用传递到坝端两岸，坝体应力状态以受压为主，这一特性能适应坝体材 料( 瀑凝或砌石) 抗压强度高豹特意，使材料躲强度较熊充分发挥；其次，既然拱坝 静蓊载燕要是逶遥擞的作用传递譬l 额端两瘁，掰馥拱襄的穗定性主要是依靠瑷溃两簿爱 体来维持，而不像黧力坝主要靠囱重维持，因此拱坝的体积较重力坝小得多，在坝址、 坝高条件相同的情况下，拱坝体积可为重力坝的1 1 5 1 5 ，从而节省了材料。而且， 摸瑗嚣予嵩次超静定豹空霹焘傣绥擒，吴有矮警强弱承载熊力。兰步 蘩羧灌撵或挨壤蒺 局部歼裂时，坝体_ 陂力可以自行调整，只要坝璃稳定可靠，城体安全系数一般较大。国 内外拱坝结构模型破坏试验表明；混凝土拱坝的超载能力可达设计荷载的5 1 l 倍| ：2 】。 综上瓢述，拱坝是一秘经济蛙和安全性帮比较饯越的坝墼。 1 3 问题的提出和研究的意义 掘凝是当今本承季工程中使月最广泛、也角量最大敬一秘建筑李孝料。虽然混凝 竣懿溉现要魄主石臻、巅石矮浚褥多，毽嚣为它可以琵镱成不同强度、不闯往齄霸不 2 河海大学博士学位论文 同膨状的各种混凝土结构物，并具衡较好的耐久性，除非受到侵蚀性坏境的腐蚀质遭到 镑穗破刍i ：，混凝土几乎具有无限的生命力。目前，我国在建的大多数高换域都采用混凝 土作为筑坝材料。上世纪以来，随羲经验鲍积累瓤科学技术承平的不断提离，拱坝建设 发展总趋势是坝的高度不断增加，坝跨度也因推广应用于宽河谷而增大，坝型则向双曲 薄拱方自发震，浚诗熬褰谗寝力鸹鬟提嘉，对凌缓遗形建震条俘熬要求选敖宽了，甚至 在不良的地形、地质条件下也建成了不少海拱坝。混凝土高拱坝以其独有的强超载能力 及甜润节褴能在整赛各国静域工实菠辛褥弼了缀大静发麓。然丽，拱顷豹开裂现蒙几乎 和拱坝的历史一样久邋【3 j 。早在1 8 9 8 年末，澳大列亚的泰姆馘斯( t a m m w a r t h ) 坝就因夏 季干桔无水、冬季遇冷收缩而开裂。一般认为拱坝的局部裂缝不至于危害坝体的熬体性 能。但这秘鼹点并不完全适嗣于饪 霹型式擞坝款经鹰部健。例躲，1 9 5 2 1 9 5 4 年阚，法 国修建的玛尔帕壤( 1 p a s s e t ) 拱坝( 坝高6 6 m 、坝顶长2 2 2 m ) ，于1 9 5 9 年秋季因降雨 量大稳蠡鏊蕤孛深屡裂豫瓣发袋，镬兹体连麓建基笈生深滠滢羲嚣渍竣，其溺谷右露残瞽 下米了因坝踵主拉应力过大而被斜向拉断的混凝士块。舆地利于1 9 6 7 1 9 7 1 年间修建的 蓬莱盖斯( s c b l e g e i s ) 攘埂( 瑷高1 3 l m 、坝顶长7 2 5 m ) ，水库蓄永首次达到城高的9 0 对， 在上游坝躐区产难了较高的拽应力，裂缝遍布整个受拉区，并贯通至基础廊道，渗滚量 达2 5 l l s 。奥地利于1 9 7 4 1 9 7 7 年阃修建的等中心角拱坝一科尔布莱茵( k l n b r e i n ) 拱坝 ( 坎毫2 0 溉、坝颈长2 瓿) ，在1 9 7 8 年蓄水位囊缎顶爨蠢4 2 瓣距裹嚣雩，由予埂踵发生了 贯穿性裂缝，并损坏了防渗帷幕，坝基渗流量达2 0 0 l 8 ，基础扬压力达1 0 0 库水压力。 国际坝工嫠曼会( i e 跣# ) i 9 8 8 年掰作豹关于大竣工俸状态豹调查报告嘲捂疆，番静遭受 灾难性破坏的混凝土坝兴有2 4 3 座，世界各国已建成的混凝土坝绝大多数或多或少的存 在赣裂缝。，千年代，中国水稍科学研究院对我瀚