高拱壩早期應(yīng)力特性和仿真分析及應(yīng)用研究

認(rèn)為拱壩開(kāi)裂的主要根源在于對(duì)混凝土復(fù)合材料的熱學(xué)和力學(xué)相關(guān)特性認(rèn)識(shí)不徹底,應(yīng)從微細(xì)觀機(jī)理出發(fā)，加強(qiáng)拱壩全級(jí)配混凝土絕熱溫升、非線性溫度、濕度、自生變形、干縮變形、濕脹變形和徐變以及相應(yīng)的溫度應(yīng)力、干縮應(yīng)力、自生變形應(yīng)力、濕脹應(yīng)力和徐變應(yīng)力的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，其中要考慮混凝土齡期、自身溫度、成熟度、濕度、環(huán)境條件變化等因素的影響，準(zhǔn)確確定混凝土邊界條件特性和同時(shí)受齡期、溫度及成熟度影響的絕熱溫升、彈性模 2100433B

針對(duì)高拱壩在快速施工與建設(shè)管理中存在的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，重點(diǎn)研究綜合考慮溫度控制、施工導(dǎo)流、結(jié)構(gòu)型式、機(jī)械設(shè)備和澆筑能力等復(fù)雜約束條件下高拱壩的施工特征、施工系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)全局優(yōu)化理論、施工全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真與優(yōu)化理論以及施工動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)控制理論。采用面向時(shí)間仿真和面向?qū)ο蠓抡嫦嘟Y(jié)合的思路，開(kāi)展高拱壩施工過(guò)程與溫度應(yīng)力耦合仿真計(jì)算分析研究；針對(duì)高拱壩施工過(guò)程的不確定性和經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)等特征，開(kāi)展智能動(dòng)態(tài)仿真與自適應(yīng)動(dòng) 2100433B

本項(xiàng)課題研究?jī)?nèi)容為裂隙巖體滲流應(yīng)力耦合特性及分析研究，以試驗(yàn)為基，注重理論分析和歸納。通過(guò)滲流應(yīng)力耦合試驗(yàn)，提出滲流應(yīng)力耦合關(guān)系式，并用于龍灘高碾壓砼壩斷面優(yōu)化招標(biāo)設(shè)計(jì)。首次提出裂隙巖體四自由度全耦合分析方法，突破目前普遍采用的滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分開(kāi)計(jì)算，交叉迭代的計(jì)算程式，成為目前較完善的分析方法，編制了相應(yīng)程序可資歷應(yīng)用，完成交叉裂隙水流模型試驗(yàn)，建立了交叉水流局部水頭損失的理論模式及相應(yīng)的修正系數(shù)，改進(jìn)完善了網(wǎng)絡(luò)滲流的計(jì)算，澄清了網(wǎng)絡(luò)裂隙水流計(jì)算中是否要考慮交叉引起的水冰損失的爭(zhēng)論。本研究豐富了巖石力學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)裂隙水力學(xué)發(fā)展起到積極作用。成果理論水平高，有較好的應(yīng)用前景。培養(yǎng)了高層次人才。 2100433B

拱壩是一個(gè)空間彈性殼體，其幾何形狀和邊界條件都很復(fù)雜，難以用嚴(yán)格的理論計(jì)算求解拱壩壩體應(yīng)力狀態(tài)。在工程設(shè)計(jì)中，常作一些必要的假定和簡(jiǎn)化，使計(jì)算成果能滿足工程需要。拱壩應(yīng)力分析的常用方法有圓筒法、純拱法、拱梁分載法、殼體理論計(jì)算方法、有限單元法和結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)法等。

(1)純拱法：假定拱壩由許多互不影響的獨(dú)立水平拱圈組成，不考慮梁的作用，荷載全部由拱圈承擔(dān)。計(jì)算簡(jiǎn)單，但結(jié)果偏大，尤其對(duì)厚拱壩。對(duì)薄拱壩和小型工程較為適用。(2) 拱梁分載法：假定拱壩由許多層水平拱圈和鉛直懸臂梁組成，荷載由拱梁共同承擔(dān)，按拱、梁相交點(diǎn)變位一致的條件將荷載分配到拱、梁兩個(gè)系統(tǒng)上。梁是靜定結(jié)構(gòu)，其應(yīng)力容易計(jì)算；拱的應(yīng)力則按彈性固端拱進(jìn)行，計(jì)算結(jié)果較為合理，但計(jì)算量大，需借助計(jì)算機(jī)，適于大、中型拱壩。

(3)拱冠梁法：最簡(jiǎn)單的拱梁分載法，可采用拱冠梁作為所有懸臂梁的代表與許多拱圈組成拱梁系統(tǒng)，按拱、梁交點(diǎn)徑向線變位一致的條件來(lái)建立變形協(xié)調(diào)方程, 并進(jìn)行荷載分配, 可大大減少工作量。

(4)殼體理論計(jì)算方法：采用殼體理論計(jì)算拱壩應(yīng)力的近似方法，早在30年代就由P托克爾提出。由于壩體形狀和幾何尺度的變化以及邊界條件的復(fù)雜性，使這一方法受到很大限制。近年來(lái)由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使這一方法取得了新進(jìn)展。網(wǎng)格法就是應(yīng)用有限差分解算殼體方程的一種計(jì)算方法，它適用于薄拱壩。中國(guó)廣東泉水雙曲拱壩用網(wǎng)格法進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，效果較好。

(5)有限單元法：將地基和壩體劃分為有限數(shù)量的單元，以節(jié)點(diǎn)相連接，用離散模型代替連續(xù)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行壩內(nèi)各單元的應(yīng)力和變位計(jì)算，能正確反映施工過(guò)程對(duì)應(yīng)力的影響，能解決復(fù)雜邊界條件和材料不均勻的問(wèn)題，適用而有效，但計(jì)算量相當(dāng)大，必須借助于計(jì)算機(jī)才能完成。