混凝土坝的损伤及损伤仿真计算.PDF

第 卷第 期 河 海 大 学 学 报 （自然 科 学 版 ） ’ - ,= * ’ 3 *- 年 月 （ ） !! 01.23/4 15 616/7 .37,8297+: 3/+.2/4 9;783;89 0= * !! 混凝土坝的损伤及损伤仿真计算 徐道远，王向东，朱为玄，王振波，邓爱民 （河海大学土木工程学院，江苏 南京 !#%(） 摘要：通过对混凝土坝体破坏机理的损伤分析，介绍了坝体损伤计算、损伤场计算和损伤仿真计算 的概念、理论和方法，并进行了坝体损伤仿真计算 在坝体损伤仿真计算中，考虑到温度损伤与荷载 * 损伤的不同，采用了温度损伤概化模型及相应的损伤演变方程；同时还考虑到拉、压损伤的等效性， 引入了相同应变水平下混凝土拉、压损伤的等价系数* 关键词：混凝土坝；损伤；仿真计算 中图分类号： ； 文献标识码： 文章编号： （ ） +,)-! +.’# / # #%( !! - #- - ! ! ! 混凝土是筑坝的主要材料之一，各种型式的混凝土坝如重力坝、拱坝等在国内外的水利工程中是最常见 的* 混凝土是一种多相颗粒复合材料，在坝体混凝土浇筑成形过程中，将不可避免地存在各种缺陷，而混凝 土中的相界面也是较薄弱之处，易发生界面裂纹，虽然这些缺陷和微细裂纹是不连续的和随机的，但当混凝 土坝体在荷载、温变、动力、边坡不稳定等外界因素作用下，不仅原有的这些裂纹和缺陷会发展，而且还将出 现一些新的微裂纹，再经微裂纹的汇集、连通过程而导致出现宏观裂缝* 在外界因素作用下，上述过程不仅会 持续发生，并有可能引起宏观裂缝的失稳扩展* 裂缝的萌生和扩展在混凝土坝中虽只是一种局部破坏行为， 但如裂缝甚至众多裂缝扩展到严重的程度，必将危及大坝的耐久性和安全运行* 混凝土大坝出现裂缝及裂缝扩展几乎是不可避免的，虽然坝体开裂后会引起应力重分配而可能缓和裂 缝的扩展，同时，坝体中局部部位的应力超过控制标准值也不会导致大坝立即失效，只要裂缝是稳定的，大坝 仍能安全运行* 但是如裂缝不断扩展，并最终穿透坝体，引起大坝失效也不是不可能的，国内外坝工史上，大 坝因开裂而失效、报废的事例已屡见不鲜* 混凝土坝的体形特征和受力情况一般都比较复杂，其破坏的原因也常是多元的和综合的，但归根结底， 混凝土坝的失效和破坏总是经由坝体混凝土的裂缝萌生和裂缝扩展所引起的，从这个意义上说，对坝体混凝 土破坏机理进行研究，是最最基本的* 在坝体混凝土破坏机理的研究中，应用损伤的概念和理论，是一种有力 的手段和一条新的途径* 不仅如此，应用损伤理论，还可对混凝土坝进行损伤状态的分析计算 由于混凝土坝是经过较长时间逐 * 层逐段浇筑而成的，其形体和受载（包括温度荷载）将不断变化；运行期中，水位和温度也是变化的 所以，从 * 施工期到运行期，坝体的损伤是一个历史过程，这就表明必须进行损伤仿真计算，方能反映坝体损伤的发展 过程和得出任一时刻坝体的损伤状态 这对全面了解坝体的工作性态和正确采用运行管理措施无疑都是大 * 有裨益的* 温度荷载是混凝土坝的主要荷载之一，尤其在施工期，温度荷载将引起温度损伤，并可能发展成温度裂 缝 虽然