拱坝横缝在强震下可能显著张开，为保证止水安全和调整梁拱应力可采用横缝配筋以控制开度。目前对拱坝横缝配筋的研究刚刚起步，研究中对横缝钢筋与混凝土的相互作用更是缺少考虑。本项目拟在已初步取得横缝配筋动力分析模型基础上，进一步发展对混凝土与钢筋界面间粘结、滑移等行为的模拟，使模型更好地反映配筋加固机理并为重大实际工程服务。 2100433B

拱坝裂缝有很多种,从产生原因分,大致有温度性裂缝、结构性裂缝;从产生时间分,主要有施工期裂缝和运行期裂缝等,以下介绍中低拱坝中常见的裂缝种类。

1、拱坝横缝张开

拱坝横缝往往会周期性张开,当气温较低时坝体混凝土收缩,横缝张开,此时横缝中如有和上游库水连通的渗水通道,则发生漏水,这种漏水是周期性的,当气温升高至一定程度,横缝逐步闭合,漏水遂逐步减少至停止横缝张开属正常现象,须注意的是漏水的危害性,须查清漏水的来源,一般漏水往往来自横缝附近的水平施工冷缝。摸查方法也可以从上游找,当水位消落至某高程漏水停止,说明该高程有漏水点。

另外横缝拔管灌浆孔也常常成为漏水通道或钙化物析出点,漏水原因和上文是相同的。当然横缝漏水还有一种可能性是上游止水失效,此时需要重构上游止水。

2、水平施工冷缝

水平施工冷缝在不同浇筑层面间产生,往往是由于新老混凝土龄期差异过大引起混凝土层面间收缩不均匀,在水平施工缝处拉开。

3、施工期基础块的温度缝

经常出现于施工期拱坝基础块的浇筑,原因是混凝土收缩与基础的强约束。此类裂缝的处理关键在于避免裂缝的后期发展,所以一般需要在基础块表面布设限裂钢筋网,在裂缝处设骑缝钢筋,限制裂缝发展。

4、与岸坡垂直的裂缝

此类裂缝往往出现于薄拱坝两岸岸坡,原因也是温度性的,但出现时间可能在拱坝蓄水后1- 2年。这类裂缝往往也是贯穿性的。

5、劈头缝

一般出现于中上部高程两岸,铅直或近似铅直方向,从坝基一直到坝顶,而且常常是贯穿性的。此类裂缝往往也是温度性的,原因可能是上部拱圈在未充分收缩时即进行接缝灌浆,导致成拱后混凝土继续收缩,另外上部坝体相对较薄,与基础刚度差异较大也是原因之一。

6、体型突变引起的裂缝

此类裂缝发生于岸坡不连续处,或重力墩(推力墩)与坝体交界处,原因是刚度的过大差异。

7、下游坝面与岸坡平行的裂缝

很多20世纪七八十年代建成的拱坝,其体型向上游倾斜较多以平衡部分水压力,但是此类坝在低水位相对不利,下游拉应力过大,如浙江省天台县里石门拱坝和青田县金坑拱坝。金坑拱坝较典型,下游两岸各有一条平行于岸坡的贯穿性斜裂缝,里石门拱坝因上游设了支墩所以表现得并不典型而是成为多组近岸坡的水平裂缝。此类裂缝主要是由不利的体型引起的,故有一定“结构性”因素。

8、网状裂缝

此类裂缝多出现于运行多年的拱坝,位置往往并非在高应力区,而是周期性拉压交替变化的区域,是一种“疲劳”性裂缝,当然很多也是综合了其他原因产生的。

9、水平底廊道中的贯穿性水平缝

某些拱坝因为体型单薄,梁底存在高拉应力区,廊道位置更是薄弱部位,故在廊道上游出现裂缝,此类裂缝也是结构性的,漏水量往往与水位和气温有相关性,即高水位大低水位小,冬季大夏季小。

另一方面,运行多年后,漏水量又往往会有逐年减小趋势,甚至最终自动“愈合”。原因可能与上游库底的堆积有关,堆积形成铺盖保护了坝踵,粉细沙等细小颗料又将裂缝填充。

10、廊道中的不规则裂缝

廊道中还往往会有一些不规则裂缝出现,此类裂缝也是温度性的,往往是表面裂缝,由冬季“穿堂风”引起,冬季外界气温较低而坝外气温相对恒定形成较大温差。所以廊道口必须有防风或遮蔽措施。

本研究项目利用地基离散参数模型与拱坝子结构非线性分析模型耦合，建立了考虑横缝的拱坝一结构非线性动力相互作用模型，并利用振动台进行拱坝模型试验，验证该模型。利用这一模型对小湾、溪洛渡拱坝的分析表明；拱坝在强烈地震作用下，横缝对拱坝响应有很大影响，横缝开度与横缝布置有直接关系。只有在关心的部位按照实际横缝布置进行仿真计算，才能准确得到横缝的张开度。横缝加筋作为一种可行的高拱坝减震措施，能够对拱坝动应力进行调整，减少拱坝横缝的张开度，提高拱坝的整体性。试验成果证明了本项研究提出的考虑横缝的拱坝一结构非线性动力相互作用模型计算得以的横缝开度与试验吻合良好，该模型能够模拟横缝的非线性特性。 2100433B

混凝土拱坝中的横缝在强震作用下会发生张开、闭合和沿缝界面的相对错动等现象， 从而对坝体应力大小和分布都会产生很大的影响， 因此考虑横缝影响的拱坝动力响应分析对高拱坝的抗震安全评价具有重要意义。 ( 1) 缝的张开可避免大的拱向应力出现， 内力由拱向向梁向传递； ( 2) 在坝体模型中布置 3 条缝就可以既能满足求解精度又能提高计算效率； ( 3) 沿伸缩缝剪切滑动对坝体的位移场和应力场有重要影响。但国外的研究大都针对 100m 级的拱坝， 我国学者还针对正在建设中的 300m 级的超高拱坝——小湾拱坝中的横缝条数、横缝间距对坝体地震响应的影响进行了大量的研究 ， 并得到了一些对工程实际有重要参考价值的规律 。但由于研究者所采用的横缝计算模型与计算方法的不同， 使得计算出的横缝开度沿拱圈方向的分布规律以及缝开度的大小都有很大的差别。例如， 对小湾拱坝的研究就出现了这种情况 。强震时高拱坝的横缝张开度大小及其对大坝地震响应的影响关系到拱坝的抗震安全评价的结果以及所需要采取的抗震工程措施， 具有重要的实际意义。在西部大开发战略支撑下，‘’十五‘’期间我国将有一批世界级的高拱坝在西部地区进行建设或规划进行建设。所以， 考虑横缝影响的拱坝地震响应分析仍有进行深入研究的必要。

在求解三维弹性静 力摩擦接触问题的有效方法- 非光滑方程 组方法的基 础上， 通过能够近似满足动量、动能守恒条件的 速度、加速度的修正方法， 将该方法推广到动力接触问题的求解中， 以考虑地震时拱坝中横缝的开合、错动对坝 体动力响应的影响。 同时采 用由多次透 射公式 表示的人工边界条件来考虑坝- 基动力相互作用的影响。数值算例中分析了 横缝的数 目和布置位 置对拱坝动力响应的影响。 2100433B