紧水滩电站混凝土拱两岸横缝开裂的有限元数值分析 陈海龙 ，陈树 强 (广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司，南宁 533000) 【摘 要] 以紧水滩水 电站混凝 土拱坝两岸横缝监测开裂 的实 际情况 为例 ，采用 ANSYS有 限元软件 ，考 虑}昆凝 土材料 非线性 和横缝接触 非线性 ，分析 了两岸 坝肩横缝开裂对拱 坝T作性态 的影 响 ，并 对横缝开裂对 坝体 安全影 响做 出 综合评价 。 【关键词] 拱 坝 ；横缝 ；开裂 ；有限元分析 ；紧水滩水 电站 [中图分类号] TV314 [文献标识码] B 【文章编号] 1003—1510(2015)05-0058-03 1 概 述 在混凝土拱坝施工过程 中，一般设置横缝将整 个 坝体划分为若 干坝段施工 。在各坝块浇筑到一 定高程后 ，该高程以下的横缝通过灌浆逐步使各坝 段相互连接 ，最终形成一个整体 。因此在对混凝土 拱坝结构设计和应力计算时 ，都把它看作是一种整 体性很好的高次超静定空问壳体结构UI。但在实际 运行 中发现 ，许多已建混凝土拱坝的横缝状态并非 像人们设想的那么理想 ，即被水泥石充填密实 ，使 相邻两坝体联结成一整体 ，而是仍然存在缝隙 ，有 的缝隙很 明显 ，随着温度的升高和降低呈闭合和张 开变化。这些缝 面在加载过程 中可能出现张开、滑 移现象或保持粘结状态 ，有 时对坝体 的应力 、变 形 均有较大影响。 2 工程 概 况 紧水 滩水 电站大坝为三心双曲变厚混凝土拱 坝 ，坝高 102ITI，坝顶弧长 350．6m，坝顶厚 5m，底部 最大厚度24．6m，厚高tL0．24。从左岸至右岸依序共 设 19条横缝 ，将拱坝分成 2O个坝段 ，拱坝横缝布置 见 图 1。横 缝 第2 一 。根据埋设 在拱坝横缝埋设 的测缝计 在运 行期 监测 资料 的分析判 断知 ，该 拱坝 主要在第 2条和 第 18条横缝处发生开裂 ，缝宽变幅在 1．33～2．12mm 之 间。 3 有限元模型的建立及初始条件 3．1 有 限元模 型 本文在用 ANSYS建立有 限元计算三维实体模 型时 ，计算范 围的选取为 ：坝上游取 1．0倍坝高 ，下 游取 2．0倍坝高 ，坝基 的深度方 向取 1．0倍坝高 ，岸 坝间基岩取 1．0倍坝高。根据计算工况需要及周边 缝 和横缝 布置情况 ，建立拱坝的整体有 限元 网格 。 然后根据横缝开裂与不开裂情况 ，分别将缝处 的单 元属性进行相应的改变。计算分析 中，坝体和坝肩 (基 )岩体采 用为 8节 点 6面体单元进行有 限元离 散 ，坝体横缝采用 4节点接触单元模拟并只计算线 弹性部 分的应力 变形 。整个计 算 区域共 离散为 32920个节点 ，25710个单元 ，其中沿坝体厚度方 向 剖分为 4层 ，共计 14864个 节点 ，10196个单元 ，横 缝接触单元为 256个。坝体和坝基整体三维有限元 模型见图 2。 对含横缝 的碾压 混凝 土拱坝 的变形及应力分 布计 算结果 ：横缝 开裂后 当缝 宽分别为 1mm和 2 mm时与无缝时相 比，拱坝 的应力和变形发生显 著 性变化 ，但缝宽分别为 1mm和 2mill时 ，拱 坝的应 力和变形差别不是很大 ，。所 以本文对拱坝横缝

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