鑒于拱壩的破壞過程和極限承載能力是工程安全度的重要參考依據(jù),以位于梯形河谷中的烏巢拱壩為例,基于Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則,利用強(qiáng)度折減法和超載法對(duì)烏巢拱壩進(jìn)行了彈塑性有限元計(jì)算,并聯(lián)合采用計(jì)算收斂、位移突變、塑性區(qū)貫通等安全判據(jù),分析了在壩肩斷層的影響下烏巢梯形拱壩的漸進(jìn)破壞過程和極限承載能力。結(jié)果表明,對(duì)于不同的研究方法,烏巢梯形拱壩塑性區(qū)的發(fā)育規(guī)律有較大差異,但壩體的最終破壞模式相同;壩肩斷層使右拱端應(yīng)力和位移明顯增大,對(duì)塑性區(qū)的空間發(fā)展起到限制作用。 

【文章來源】：水電能源科學(xué). 2020,38(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

拱冠梁剖面特征位置順河向位移隨超載倍數(shù)變化過程線

計(jì)算了運(yùn)行期溫降工況下考慮、不考慮斷層兩種條件下的壩體應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果見圖4。圖中“-”表示壓應(yīng)力，“+”表示拉應(yīng)力。由圖4可知，兩種情況下，壩體應(yīng)力分布規(guī)律相似，但在數(shù)值大小及局部應(yīng)力中又有不同。上游壩面以壓應(yīng)力為主，僅在壩踵處出現(xiàn)一定的拉應(yīng)力，應(yīng)力等值線水平分布，在左右拱端形成線性區(qū)域；下游壩面全部表現(xiàn)為壓應(yīng)力，應(yīng)力等值線呈明顯的“U”形分布，從拱冠到拱端、從壩頂?shù)綁蔚讐簯?yīng)力逐漸變大。然而，考慮壩肩斷層時(shí)，壩面大部分位置的壓應(yīng)力相應(yīng)減小，而在右拱端與斷層相交處，局部位置壓應(yīng)力明顯增大。這是因?yàn)閿鄬硬牧纤绍�，彈性模量與壩體相差較大，從而在相交處產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力，壓應(yīng)力由原來的2.10 MPa增大至3.50MPa，斷層使拱端應(yīng)力得到了有效的釋放。由此可知，對(duì)拱壩進(jìn)行有限元計(jì)算時(shí)，是否考慮斷層這類地質(zhì)條件對(duì)壩體應(yīng)力大小及局部應(yīng)力的分布有一定的影響。4.2 位移

運(yùn)行期溫降工況下考慮、不考慮斷層時(shí)的壩體順河向位移UY計(jì)算結(jié)果見圖5，圖5中“-”表示指向下游。由圖5可知，兩種情況下壩體的位移分布規(guī)律相似，壩體均產(chǎn)生向下游的位移，并在壩面內(nèi)呈現(xiàn)明顯的“扇形”漸變趨勢(shì)。由于兩岸巖體及河谷基巖對(duì)壩體的空間約束作用，壩頂拱冠梁位置UY最大，壩底拱端位置UY最小。斷層的存在削弱了兩岸巖體對(duì)拱壩的約束，使拱壩位移UY值變大，最大值由原來的6.27mm（指向下游）增大至6.41mm（指向下游），最小值也由0.54mm（指向上游）變?yōu)?.48mm（指向上游）。在靜力計(jì)算中斷層對(duì)拱壩位移值改變較小，但在破壞過程中斷層對(duì)位移的影響程度隨Kf、Kp的增大而增大。分別繪出降強(qiáng)法和超載法在最終潰壩的臨界狀態(tài)時(shí)上游壩面左右拱端位移曲線及不考慮斷層時(shí)的拱端位移曲線，結(jié)果見圖6。由圖6可知，烏巢拱壩為完全對(duì)稱拱壩，在不考慮斷層的情況下，左、右拱端順河向位移相同；考慮斷層時(shí)，由于右拱端坐落在斷層F15上，UY極值明顯大于左拱端；斷層對(duì)拱端位移造成的影響隨高程而增大，最高可達(dá)到16.4%。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于三維有限差分法的小灣拱壩施工步模擬及極限承載分析[J]. 甘海闊,賴國偉,李業(yè)盛.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2013(S2)
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