《超高面板堆石壩面板結構破損發生機制和模擬方法》是依託清華大學，由張丙印擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超高面板堆石壩面板結構破損發生機制和模擬方法
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：張丙印
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著我國西部水電開發進程的加快，一大批超高面板堆石壩正在規劃設計之中。工程經驗表明，面板結構性破損問題是影響超高面板堆石壩安全的核心問題。本項目的主要內容包括，進行分級載入三軸流變試驗，研究複雜載入條件下堆石體的流變特性和計算模型，結合工程實測成果揭示運行期壩體變形的發展規律。基於接觸力學理論，發展適用於面板堆石壩的非線性接觸計算方法，能夠對包含脫空和大規模滑移等複雜接觸狀態的接觸問題做出合理的模擬。發展超高面板壩面板結構破損數值計算方法及程式系統。結合實際高面板堆石壩工程觀測成果，探討超高面板堆石壩面板結構破損的發生機制和變形控制標準。目前，我國面板堆石壩建設技術正面臨向250m級及以上高度跨越發展的挑戰。本項目研究成果在揭示超高面板堆石壩面板破損發生機制、最佳化設計方案及合理評價工程的安全性等方面具有指導作用，具有較大的理論意義和廣闊的套用前景。
結題摘要
我國的面板堆石壩建設技術正面臨向250m級及以上高度跨越發展的挑戰。近年來的工程實踐經驗表明，面板的擠壓破損已經逐漸成為影響高面板堆石壩安全的關鍵問題。目前，對這種問題發生機理的認識和評價方法研究尚不深入，尤其是還缺乏合理的數值模擬方法。本項目針對複雜載入條件下堆石體的流變特性和計算模型、運行期壩體變形的發展規律、面板壩非線性接觸數值模擬方法以及面板擠壓破損發生機理等問題開展了深入地研究工作。主要取得了如下的成果： （1）進行了複雜應力變化情況下堆石料的多級三軸流變試驗，發現流變具有硬化特性，提出了一個新的堆石料流變的累積規則，建立了可考慮堆石料應力載入和流變耦合影響的計算模型； （2）基於計算接觸力學方法發展了一套適用於面板堆石壩的非線性接觸算法。該算法能夠對包含發生脫空和大規模滑移等複雜接觸狀態的接觸問題做出合理的模擬，具有很強的模擬不連續變形現象和處理非協調格線的能力； （3）構建了一套可進行混凝土面板破損現象模擬的數值計算方法。在該方法中，嵌入了可硬化的彈塑性模型用於模擬面板的壓損破壞，發展了彌散固定脆性裂縫模型用於模擬面板的結構性張拉裂縫，引入了組合式模型用於反映鋼筋與混凝土間的相互作用； （4）總結分析了國內外典型超高面板堆石壩工程中發生的面板擠壓破損現象及特徵，論證了面板縱縫轉動接觸擠壓效應的發生機制，發現轉動擠壓和軸向擠壓均可在縱縫兩側面板表面部位引發嚴重的應力集中，是導致面板發生擠壓破損的本質原因。 本項目的研究工作緊密結合我國高土石壩工程的實際，研究成果已經套用於天生橋一級、水布埡、洪家渡、古水等高面板堆石壩工程以及紅石岩堰塞壩和如美心牆堆石壩等重大土石壩工程。
