1、混凝土壩工程橫縫、縱縫，以及由于各種因素引起的混凝土裂縫是普遍存在的。這些縫面在加載過(guò)程中可能出現(xiàn)張開、滑移現(xiàn)象或保持粘結(jié)狀態(tài)。對(duì)這些有縫結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)，接縫及裂縫狀態(tài)的變化會(huì)使得接觸界面的范圍和界面上的應(yīng)力和位移不斷發(fā)生變化。如何根據(jù)已有觀測(cè)數(shù)據(jù)，用數(shù)值方法模擬裂縫的產(chǎn)生、發(fā)展和狀態(tài)變化，以及分析裂縫、澆筑層面、縱橫縫等壩體內(nèi)各種結(jié)合面的存在及開合變化對(duì)大壩運(yùn)行性態(tài)的影響是全面把握大壩真實(shí)工作性態(tài)的重要依據(jù)。 本文的研究結(jié)

2、合中國(guó)大唐公司項(xiàng)目“陳村拱壩安全度計(jì)算分析”進(jìn)行，通過(guò)對(duì)接觸面的開合迭代算法進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)接觸面開合狀態(tài)變化的模擬，并在該模型基礎(chǔ)上考慮了鍵槽、灌漿、縫面水壓、縫內(nèi)充填物等的影響，使所建立的接觸面模型能夠模擬混凝土壩中各種接觸面，可用于分析各種接觸面狀態(tài)變化對(duì)大壩受力和變形的影響，亦可在仿真分析中用來(lái)進(jìn)行混凝土壩真實(shí)工作性態(tài)的研究。同時(shí)，利用所建立的考慮縫面水壓的接觸面模型對(duì)高重力壩壩踵水力劈裂展開了初步研究。 本文完成的主

3、要工作包括以下幾個(gè)方面： 1．模型及計(jì)算方法研究方面：①建立了能模擬接觸面開合狀態(tài)變化的零厚度接觸面模型，并給出了模型中法向剛度系數(shù)和切向剛度系數(shù)的取值范圍；②在接觸面模型中考慮裂縫填充物的影響，模擬填充物引起的裂縫開度逐年遞增；③推導(dǎo)了梯形、三角形、球面鍵槽等不同形式鍵槽模型的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，在零厚度接觸面單元中加入了鍵槽模型，提出了鍵槽面接觸后不發(fā)生滑動(dòng)的條件，并且對(duì)鍵槽面接觸后發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的數(shù)值模擬方法進(jìn)行了初步探討；④通過(guò)

4、對(duì)精細(xì)鍵槽模型進(jìn)行的大量計(jì)算，給出不同體形參數(shù)的梯形鍵槽的剪切剛度系數(shù)建議取值。 2．程序編制方面：①在程序中建立接觸面單元模型；②建立了驗(yàn)證算例，驗(yàn)證本文接觸面單元的正確性和收斂性，并分別對(duì)開合迭代模型、考慮裂縫填充物的接觸面模型和帶鍵槽的接觸面模型進(jìn)行了驗(yàn)證。 3．基于全過(guò)程仿真分析的陳村拱壩裂縫分析及安全度評(píng)估：將所建立的接觸面單元用于模擬陳村拱壩壩段間橫縫、一二期混凝土結(jié)合面，以及壩體主要裂縫，通過(guò)對(duì)陳村拱壩進(jìn)行

5、從施工期到運(yùn)行期的全過(guò)程仿真分析，得出接縫、裂縫在氣溫、水壓等作用下開合變化過(guò)程，由此可以研究橫縫和壩體主要裂縫對(duì)大壩運(yùn)行性態(tài)的影響，并在全面掌握大壩真實(shí)工作性態(tài)的情況下對(duì)整壩進(jìn)行安全度評(píng)估。計(jì)算表明，裂縫的開合狀態(tài)與時(shí)間和位置相關(guān)：裂縫表面冬季張開、夏季閉合，而內(nèi)部夏季張開、冬季閉合，裂縫狀態(tài)的變化使得105m高程以上壩塊在低溫季節(jié)（11月-2月）出現(xiàn)往上游變位的小高峰。通過(guò)計(jì)算可知，不考慮施工期影響，或不考慮裂縫開合影響時(shí)，計(jì)算所得

6、安全系數(shù)偏大，基于全壩全過(guò)程仿真分析的混凝土壩安全度評(píng)估求得的安全系數(shù)比較符合真實(shí)情況。 4．與李新宇博士合作，對(duì)高重力壩壩踵水力劈裂進(jìn)行了初步研究，完成的主要內(nèi)容包括：①對(duì)水力劈裂試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，所得臨界劈裂水壓與試驗(yàn)結(jié)果和斷裂力學(xué)解對(duì)比，誤差均在5％以內(nèi)，說(shuō)明用本文考慮縫面水壓的接觸面單元來(lái)模擬水力劈裂作用下的Ⅰ型裂縫是合理可行的；②對(duì)高碾壓混凝土重力壩壩踵水力劈裂現(xiàn)象進(jìn)行初步研究，結(jié)果表明，對(duì)于按照現(xiàn)有規(guī)范設(shè)計(jì)的200m

7、級(jí)高碾壓混凝土重力壩，如果壩踵區(qū)混凝土存在施工冷縫導(dǎo)致的薄弱層面，則在高壓水作用下，可能發(fā)生水力劈裂，并可能危及到防滲帷幕；③對(duì)285m高的大狄克遜壩（Grand Dixence）和按無(wú)拉應(yīng)力準(zhǔn)則確定的、相同壩高的混凝土重力壩進(jìn)行水力劈裂計(jì)算，結(jié)果表明，前者不發(fā)生水力劈裂，而后者在縫面水壓達(dá)到2.37MPa時(shí)發(fā)生水力劈裂，說(shuō)明上游壩面的最小容許應(yīng)力應(yīng)為壓應(yīng)力；④建議在200m級(jí)高混凝土重力壩、高碾壓混凝土重力壩斷面設(shè)計(jì)時(shí)，上游壩面的最小