经过几十年的水电建设,中国已经建成了一批大坝,由于当时科技水平的限制,很多大坝在设计、施工以及地质勘测上都存在一些问题,且随着坝体的老龄化,其中某些大坝出现了一系列的病害问题,因此对其进行除险加固研究是十分迫切及必要的。 本文采用有限单元法,针对长沙坝水库砌石拱坝这一特例,分析研究了其坝体开裂以及不对称变形的病害成因及加固措施,对加固前后的三维渗流及应力应变计算结果进行了分析比较,论证了加固方案的可行性。本文的主要工作包括以下几个方面: (1)针对水工结构的特点,总结了岩土塑性力学、渗流场及温度场有限元分析的基本理论。 (2)采用三维稳定渗流有限元分析程序对加固前后的长沙坝水库拱坝进行了分析,其计算结果表明加固措施对右岸的绕坝渗漏具有很大的改善作用。 (3)根据温度场有限元分析的基本原理,利用ANSYS软件分析了加固前后坝体温度场的变化规律。 (4)采用试算法对右岸岩体的力学参数进行了反演分析,得到了能较好反映实际情况的坝体及基岩的综合力学参数。 (5)根据三维有限元方法系统地分析了长沙坝水库砌石拱坝的坝体开裂及不对称变形的成因,并以此为依据提出了进行固结灌浆、帷幕灌浆以及加厚坝体的加固方案。 (6)根据提出的加固方案,建立了加固后的有限元模型,对其进行了三维非线性应力应变计算,并把计算结果与加固前的进行分析比较,证明了此加固方案是切实可行的。 最后本文提出了该课题的研究发展方向,包括:各种坝型的除险加固、坝体裂缝的追踪、二次应力的模拟、坝体加厚方式及新老坝交接面的处理等。