高拱壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定轉(zhuǎn)異和體形優(yōu)化分析理論和方法.pdf

1、拱壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定是壩體、巖體及其交界面三者的整體穩(wěn)定，內(nèi)容包括拱座穩(wěn)定、上滑穩(wěn)定和壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等，是拱壩設(shè)計與研究的重要課題之一。由于我國高拱壩建設(shè)的興起，以及拱壩體形優(yōu)化設(shè)計使壩體的厚度更薄，拱壩部分區(qū)域已接近薄殼結(jié)構(gòu)，可能導致壩體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的發(fā)生。以往壩工界對壩體應力研究較多，對拱座穩(wěn)定和上滑失穩(wěn)研究也較多，而對壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定則少有研究。圍繞目前高拱壩建設(shè)中的熱點和重點問題，結(jié)合973計劃課題：多因素相互作用下地質(zhì)工程系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性研究(

2、編號2002CB412707)，重點研究高拱壩的穩(wěn)定轉(zhuǎn)異以及體形優(yōu)化，現(xiàn)將主要內(nèi)容歸納如下： 本文提出基于拱梁分載法的拱壩穩(wěn)定分析方法，即在拱梁分載法的基礎(chǔ)上，分別分析拱圈和懸臂梁的穩(wěn)定，建立相應的穩(wěn)定計算公式，統(tǒng)一壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和應力計算方法。利用該法研究表明：壩體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的控制拱圈一般在拱頂，懸臂梁的穩(wěn)定性高于水平拱圈。 在對國內(nèi)外眾多高薄拱壩的幾何參數(shù)進行統(tǒng)計分析基礎(chǔ)上，建立空間穩(wěn)定分析的典型拱壩數(shù)值分析模型，分析討

3、論了幾何特征、受力狀況和邊界條件等因素對拱壩壩體穩(wěn)定的影響規(guī)律。采用柔度系數(shù)反映拱壩柔度，通過對拱壩壩體穩(wěn)定的有限元數(shù)值計算，研究拱壩壩體穩(wěn)定與強度的關(guān)系，定義發(fā)生強度和失穩(wěn)破壞的界限柔度為“界限柔度系數(shù)”，作為厚薄拱壩新的劃分標準。柔度系數(shù)大于“界限柔度系數(shù)”，拱壩破壞可能帶有失穩(wěn)性質(zhì)，屬薄拱壩范圍；柔度系數(shù)小于“界限柔度系數(shù)”，拱壩將發(fā)生強度破壞，屬厚拱壩范圍。較之以厚高比定義厚薄拱壩，以是發(fā)生強度破壞還是發(fā)生失穩(wěn)破壞來定義厚薄拱壩

4、有著明確的力學概念。對于300m級別的高拱壩，當柔度系數(shù)大于“界限柔度系數(shù)”時，可能先發(fā)生壩體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，把其應力控制標準做一定的修正，考慮壩體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)對應力控制指標降低的作用。 本文將突變理論應用在壩體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)研究上，以尖拐型突變模型為例，根據(jù)典型拱壩壩體穩(wěn)定有限元計算結(jié)果進行擬合，判別拱壩壩體的穩(wěn)定性。結(jié)果表明：突變理論的穩(wěn)定性判別與有限元穩(wěn)定計算結(jié)果是吻合的。 本文采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論，對拱壩主要體形參數(shù)柔度系數(shù)和厚高比