基于内聚力模型的高心墙堆石坝坝顶裂缝模拟及其成因分析
对混凝土面板堆石坝面板裂缝成因及防治的浅析
对混凝土面板堆石坝面板裂缝成因及防治的浅析发布时间：2022-04-26T14:17:46.044Z 来源：《中国建设信息化》2021年第22期作者：章飞鸿[导读] 目前，混凝土面板堆石坝与其它坝型相比，具有较高的安全性章飞鸿贵州省盘州市水务局摘要：目前，混凝土面板堆石坝与其它坝型相比，具有较高的安全性、可观的经济性和良好的适应性。
随着设计和施工技术的日益成熟，在水利水电工程中应用越来越广泛。
混凝土面板是面板堆石坝的主要防渗结构，面板裂缝的防治直接影响大坝的抗风化能力、防渗效果和使用寿命。
该文就面板裂缝的具体分类、产生的原因，以及防治措施进行简单的论述。
为混凝土面板施工管理减少或避免裂缝产生的可能性提供参考。
关键词：混凝土面板堆石坝面板裂缝分类产生的原因防治措施1 混凝土面板堆石坝和混凝土面板简述混凝土面板堆石坝属于土石坝，是用堆石料或（和）砂砾石料分层碾压填筑、混凝土面板作上游防渗体的坝。
坝体的防渗系统由混凝土面板、趾板及趾板下的灌浆帷幕共同形成。
目前与其它坝型相比，它具有较高的安全性、可观的经济性和良好的适应性。
随着设计和施工技术的日益成熟，在我国已发展成为一种具有强竞争力的主流坝型。
混凝土面板是面板堆石坝的主要防渗结构，厚度薄，面积大，在满足抗渗性和耐久性的条件下，要求具有一定的柔性,以适应堆石体的变形。
混凝土面板质量的好坏将直接影响大坝的抗风化能力、防渗效果和使用寿命。
2 面板裂缝类型及产生的原因?2.1 结构性裂缝结构性裂缝主要是面板在外力作用下产生的裂缝，主要原因是由于堆石坝面板支撑体在自重和施工期反向水压力等外荷载作用下，产生不均匀沉降或水平位移，导致面板和垫层之间出现脱空，改变了面板以承压为主的力学模型而发生裂缝。
2.2 非结构性裂缝混凝土面板收缩变形引起的开裂，面板混凝土由于自身和环境的变化等因素要产生收缩变形，当面板收缩变形受到内、外约束的限制时，在面板内产生拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时就会产生裂缝。
混凝土面板堆石坝工程中裂缝的成因及对策
混凝土面板堆石坝工程中裂缝的成因及对策混凝土面板堆石坝是一种常见的大型水利工程，用于防洪、蓄水和发电等目的。
然而，在工程施工过程中，裂缝的出现可能会对工程的稳定性和安全性产生负面影响。
本文将分析混凝土面板堆石坝工程中裂缝的成因，并提出相应的对策。
一、裂缝的成因1. 温度变化：由于混凝土的热胀冷缩系数较大，温度的变化会导致混凝土体积的变化，从而引起裂缝的产生。
2. 混凝土收缩：混凝土在硬化过程中会发生收缩，如果收缩过大或者不均匀，就会导致裂缝的形成。
3. 水分变化：水分的变化也会引起混凝土体积的变化，从而导致裂缝的产生。
例如，干燥的气候会导致混凝土的收缩和裂缝的形成。
4. 设计和施工问题：不合理的设计或者施工过程中的错误操作也可能导致裂缝的产生。
例如，混凝土的配合比不合理、施工过程中的振捣不均匀等。
二、对策1. 控制温度变化：可以采用降温措施，如在混凝土表面覆盖遮阳网或喷水降温，以减少温度变化引起的混凝土体积变化。
2. 控制混凝土收缩：可以通过调整混凝土的配合比，添加适量的外加剂来减少混凝土的收缩量。
此外，还可以采用预应力或者钢筋加固的方式来限制混凝土的收缩。
3. 控制水分变化：可以在混凝土施工后进行养护，保持适当的湿度，避免混凝土过早干燥和收缩。
同时，在施工过程中要严格控制水灰比，避免水分过多或过少。
4. 加强设计和施工管理：在设计过程中，需要充分考虑温度、湿度等因素，合理选择混凝土的配合比和结构形式。
在施工过程中，要严格按照设计要求进行施工，保证振捣均匀、养护到位等。
混凝土面板堆石坝工程中裂缝的产生是由于多种因素综合作用的结果。
为了减少裂缝的产生，我们可以通过控制温度变化、混凝土收缩和水分变化，加强设计和施工管理等措施来进行预防。
同时，在实际工程中，还需要根据具体情况采取相应的对策，以保证工程的稳定性和安全性。
只有在不断总结经验教训的基础上不断完善工程施工技术和管理水平，才能更好地预防和控制混凝土面板堆石坝工程中裂缝的产生。
混凝土面板堆石坝坝面变形分析和裂缝处理工艺
混凝土面板堆石坝坝面变形分析和裂缝处理工艺摘要：混凝土面板堆石坝面板混凝土由于自生特性和面板所处的环境及其工作条件的等原因，裂缝难以避免。
通过施工和蓄水等不同时段面板的受力、面板的变形分析，归纳裂缝产生的规律，并结合潘口、宝瓶河等水电站面板裂缝处理的实例，建议面板裂缝根据不同区域，不同形状区别处理，以满足面板的防渗要求。
关键词：混凝土面板裂缝变形处理一、混凝土面板堆石坝面板裂缝混凝土面板堆石坝因其使用当地材料筑坝，具有有效降低工程造价、对坝基地质要求不高、大坝稳定性好、不易溃坝的特点，近年来，广泛用作水利水电工程挡水建筑物。
混凝土面板堆石坝工程的面板一般都产生裂缝，这是与面板混凝土自生特性和面板所处的环境及其工作条件有关，根据裂缝的成因可以分为：⑴干缩裂缝，⑵减缩裂缝，⑶温度应力裂缝，⑷挠曲应力裂缝。
二、面板的荷载、面板的变形及裂缝产状混凝土面板是浇注铺设在堆石坝上游面垫层上的薄板，承受的荷载包括：⑴面板混凝土自重，⑵趾板对面板底部的支撑力，⑶坝体对面板的支撑力和摩擦力，⑷蓄水期面板上库水压力。
混凝土面板的厚度和质量比坝体小得多，但是其刚度却比坝体大的多，在上述荷载作用下面板必然发生挠曲，面板的部分区域产生拉应力。
有资料指出，随坝体的变形面板在施工期中下部是朝上游方向鼓出变形的，上部则是向下游收缩的；蓄水期在水压力的作用下，坝体与面板均朝下游方向变形。
施工期1／3坝高以下由于受两坝肩的约束较大，加之底部坝体变形朝向上游鼓出，致使面板中部呈朝向上游突出的变形状态；蓄水后，在较高的水头压力作用下，面板中部朝向下游变形，两侧面板由于受坝肩的约束，局部存在向上游变形的反翘现象。
施工期1／3坝高以上面板中部朝向下游收缩变形，两坝肩面板局部存在向上游变形的反翘现象；蓄水后，在水压力作用下整体朝向下游方向变形，面板在施工期和蓄水期所处的受力状态是完全不同的。
从众多的面板堆石坝面板开裂的实际统计情况来看，面板早期裂缝均为很细小的裂缝，而且很不稳定，一般经过1-2年后，也即坝体填筑到一定高度后，面板上的裂缝才基本上稳定下来，并且裂缝绝大多数集中分布在坝高2／3以下左右一带，呈水平状开裂，规律性较强。
试析混凝土面板堆石坝的面板裂缝问题与对策
试析混凝土面板堆石坝的面板裂缝问题与对策摘要：近年来，我国的水电资源的不断开发，混凝土面板堆石坝已经是一种适应性较强的经济坝型。
混凝土面板堆石坝的主要问题是混凝土面板堆石坝出现面板裂缝，一般将裂缝分为结构性裂缝与非结构裂缝。
本文针对混凝土面板堆石坝面板裂缝的成因做出研究并采取相应的防止措施做出了讨论。
关键词：混凝土；堆石坝；面板裂缝；对策一般的裂缝分成结构性裂缝与非结构性裂缝，产生这两种裂缝的原因分别是温度与干缩，外在的作用。
依据不同的裂缝原因，本文提出了相对的防治措施。
针对非结构性裂缝，主要是运用合理的面板混凝土原料的配合比，为减小垫层的约束力，用来加强面板施工质量管理等方面。
而结构性裂缝，则可以运用合理的面板裂缝和配合比，利用双层面板的技术，对面板裂缝做出相应的措施。
一、面板的裂缝分类对堆石坝面板产生的裂缝来说，可以分成两类裂缝，即结构性裂缝和非结构性裂缝。
结构性裂缝是因为坝体的不均匀变形导致的，而非结构性裂缝是因为混凝土本身的性能而形成[1]。
二、结构性裂缝的原因及其预防措施1.结构性裂缝的原因结构性裂缝形成是由于面板受外在环境的影响，外在环境主要包括坝体自重、施工期反向水压力以及其他的荷载压力等，外在环境的作用是使坝体产生不均匀的沉降，或者是横向位移，甚至会导致面板架空，这些作用荷载就会形成裂缝。
面板与堆石分别是刚性体与柔性体，面板的稳定性是根据堆石体的变形决定的，所以要保证面板和堆石体变形的协调性。
针对受力角度来说，面板主要承担的荷载是水的压力，平衡水的压力是挤压边墙的支持力和摩阻力。
如果垫层上的挤压边墙产生应变是由于垫层、堆石的变形，那么就会导致面板内部的应力重组，从而会在一定程度上产生结构性裂缝。
结构性裂缝是造成面板后期规律性开裂的主要因素。
2.结构性裂缝的预防措施造成面板结构性裂缝的发生基础在因为浇筑初期时产生的微小裂缝，其受坝体不均匀下降的影响，面板就会同坝体脱节，但由于面板的承受力度较大不会完全与坝体变形，但内部会发生应力重组，刚开始时细小的裂缝可能会发展成贯穿性的裂缝。
心墙堆石坝坝体变形有限元分析
心墙堆石坝坝体变形有限元分析心墙堆石坝是一种用来建立水库的水坝，结构简单，可以在短时间内完成，而且价格低廉，这种结构已经被广泛的应用于多个国家的水利建设中。
在坝坝的运行过程中，由于液体的压力，坝体结构发生变形，如果变形过大，可能会对坝体的安全造成严重的影响，因此，对坝体变形的分析是十分必要的。
有限元作为一种数值分析方法，在坝体变形分析中发挥着至关重要的作用。
首先，建立完善的有限元模型，然后通过数值计算，来准确的分析坝体变形的情况。
通过坝体变形的分析，可以分析出变形大小及原因，而且还能及时的发现坝体的缺陷，从而尽可能的增加坝体的安全。
由于有限元法的优势，近年来，越来越多的工程都开始采用有限元法来进行变形分析，包括钢结构、混凝土结构、坝体等都应用于有限元法，但是，由于坝体的复杂性，其变形分析仍然是有限元法中十分考验分析者技术的一方面。
针对心墙堆石坝，其变形分析比较复杂，平常的有限元法可能无法正确的数值化计算结果，因此在进行变形分析之前，必须要进行全面的论证，来保证有限元模型的正确性。
比如，要注意到坝体的现场环境，检查坝体的状况，以及检查坝体内部渗流情况，并且还应考虑到坝体变形保护的作用，以便正确的计算出坝体的变形情况。
在完成了论证工作之后，再建立有限元模型，并通过有限元模型，来计算坝体的变形情况。
坝体变形计算的主要因素有：水库水位、坝体材料的参数、结构的形状以及坝体地形。
在完成计算之后，还要对比坝体的变形情况，看是否符合安全规范要求，如果有超出规定范围的变形，就要及时采取相应的措施，以便保证坝体的安全。
所以，以心墙堆石坝为例，有限元法在坝坝变形分析中起着极为重要的作用。
有限元法不仅能够准确地分析出变形的大小及原因，而且还能及时发现变形过大的缺陷，保证了坝坝的安全。
然而，由于坝体结构的复杂性，在有限元法的变形分析中，仍然需要对有限元模型有全面的论证，以及及时的检查变形范围，以便达到最佳的坝体变形分析效果。
堆石坝面板裂缝分析和处理
另外 ， 由于先施工挤压边墙混凝土后再铺筑垫层料 ，
因此 垫 层料 靠 近 边 墙 混凝 土部 分 碾 压 的密 实 度 相 对 较 差 ， 变形量 大 ， 响面板 变形进 而产生 面板 裂缝 。 导致 影 Ｃ 挤压 边墙 混凝 土与 面板 之 间未设 置 阳离子 乳化 沥 ．
为面板堆石坝 ，但几乎每座堆石坝面板均不同程度地出
【 关键词 】 堆石坝 面板 裂缝 处理
１ 面板堆石坝基本 情况
混凝 土 面板堆 石坝是 用堆 石 或砂砾 石 分层 碾压 填筑
目前 挤 压 边 墙 混 凝 土 还 没 统 一 的 设 计 和施 工 规 范 ， 基 本 靠 经 验 值 来控 制 ，且 大 多 数 工 程 没有 通 过实 验 来 确
成坝体 ， 并用混凝土面板作防渗体的坝的统称 。 主要 由连
接 地基 防渗体 与面板 的趾板 、 为 防渗 的混凝 土 面板 、 作 承
定和验证所取 的经验值是否适用 于本工 程 ，因此挤压
边 墙 混 凝 土 对面 板 混 凝 土 收 缩产 生 的 约 束是 裂 缝 产 生 的一 个重 要 因素 。
现 了裂缝 ， 因此 ， 析 和总结 面板 裂缝产 生 的原 因及处 理 分 措施 十分必要 。
青。设计单位在挤压边墙与面板之间考虑不同标号的混
凝土 施工 时 间和变形 系数 不一 样 ，为便 于面板 混凝 土 的 自由收缩 ，在挤 压边 墙混 凝 土和 面板混凝 土 之间设 置 了
一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
２ 面板裂 缝分 析
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水利 建设与管理・００年 第 ９期 ２１
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（ 重庆 市水利投 资（ 团） 限公 司 ４ １４ ） 集 有 ０ １７
面板堆石坝混凝土面板裂缝现状,成因与防裂技术进展
面板堆石坝混凝土面板裂缝现状,成因与防裂技术进展摘要:在面板堆石坝的结构体系中，混凝土面板发挥着至关重要的防渗作用，裂缝控制品质的高低直接决定着大坝的安全性和稳定性。
本文主要从面板堆石坝混凝土裂缝出现的普遍情况着手，从混凝土设计、原材料以及工艺措施等不同的角度上出发，分析裂缝成因，探讨防裂缝技术进展，希望能够为有效促进面板堆石坝施工水平的有效提升贡献一份力量。
关键词:面板堆石坝；混凝土面板裂；防裂技术；成因分析一、引言导致面板堆石坝结构体系出现混凝土面板裂缝情况的原因多种多样，主要包括不均匀沉降、结构性裂缝等，一旦裂缝出现，整体结构的防渗性能大大降低，将会直接影响大坝的安全、稳定运行。
本文从裂缝产生区域、裂缝走向情况、裂缝出现时间等方面着手，探讨面板裂缝的特点规律，并在此基础之上分析防裂技术进展。
二、面板堆石坝混凝土面板裂缝现状在面板堆石坝结构体系中，混凝土面板发挥的防渗作用不容忽视，其结构的稳定性以及结构投入使用后的耐久性直接影响大坝的运行安全性和稳定性。
做好前期的面板设计工作和施工工作是避免面板出现裂缝的基础保障。
通常情况下，混凝土面板为板状形态，长度较大，宽度和厚度较小，因此，出现裂缝的可能性相对于常规的水工大体积混凝土而言更大。
如果混凝土面板发生了裂缝情况，整体面板堆石坝结构的稳定性都会受到不良影响，严重时面板会出现漏水情况，坝体的渗漏量也会明显增加。
当混凝土结构的抗渗性能和耐久性能无法得到保障时，整体结构更容易受到侵蚀、碳化以及动容等带来的负面影响，最终导致面板堆石坝结构部分功能乃至整体功能的丧失。
纵观过去数十年间我国面板堆石坝的发展情况，从裂缝走向上看，水平方向的裂缝发生频率较高，但不排除有少部分工程出现了纵向分布的裂缝；从裂缝产生的部位来看，裂缝通常分布在面板下部，仅有少部分工程出现的裂缝分布在面板的中部和上部；从裂缝产生的面板分析来看，Ⅰ序面板出现裂缝的数量相对较少，Ⅱ面板出现裂缝的数量则较多；从裂缝的产生时间来看，一些工程的混凝土面板裂缝出现在工程浇筑完成后的较短时间内，即三个月以内，但也有一些工程在完成面板浇筑后的第一个冬天出现了混凝土面板裂缝。
浅述面板堆石坝开裂原因及防裂措施
浅述面板堆石坝开裂原因及防裂措施摘要：当前，面板堆石坝经常会出现裂缝问题，对其进行分析，产生裂缝的主要原因包含了干缩裂缝、结构性裂缝和温度裂缝三种。
本文主要内容就是围绕面板堆石坝开裂进行分析，对其开裂原因进行详细概述，并对防止面板裂缝的产生提供了相对应的解决措施，目的就是为了降低裂缝出现的可能。
关键词：面板堆石坝；开裂原因；措施前言我国从1985年建造了百米级现代混凝土面板堆石坝以来，应用面板堆石坝已经有二十多年的历史了，并且已经建成了约120座混凝土面板堆石坝，其中包含了15座超过100m的混凝土面板堆石坝。
众所周知，面板是面板堆石坝进行防渗作用的主要结构，因此重视面板的防裂工作是对其功能运用的重要措施，也是需要对其进行深入探究的。
面板由于长时间在水下处于受压状态，只有坝顶存在部分力，而这种拉应力随着时间的变化也会逐渐消失，因此面板堆石坝的主要需求就是面板的抗渗性、耐久性和抗裂性。
国内外的专家们在进行建设混凝土面板堆石坝的过程中尽管已经利用了很多手段和措施对产生的裂缝进行改进，但是都很难达到不产生裂缝或者降低裂缝出现的情况，所以当前混凝土面板堆石坝最大的问题还是面板混凝土出现的裂缝。
本文就是针对面板产生裂缝的原因和进行防裂措施进行的探讨。
一、面板混凝土裂缝产生原因与分布规律1.面板堆石坝开裂原因表面性裂缝和结构性裂缝是造成面板裂缝的主要原因。
通常情况下，表面性裂缝主要就是温度裂缝以及干缩裂缝，这两种又被又称为非结构性裂缝，结构性裂缝就是贯穿性裂缝。
面板混凝土产生的温度裂缝就是受施工期水泥热化的作用，造成了面板内的温度比表面温度高，产生了面板内外温度差；受外界气温影响，造成了面板表面的收缩形变比面板内部的收缩形变大，由于混凝土面板内外形变的不同，造成了混凝土面板表面产生了拉应力，当混凝土的抗拉力强度小于所产生的拉应力时，就会出现面板裂缝。
而混凝土面板的干缩裂缝产生的原因是因为混凝土硬化时，表面的水分比内部的蒸发速度快，因此混凝土的湿度扩散系数比较低，从而导致混凝土表面产生了干缩形变，混凝土表面会产生相对的拉应力，当混凝土表面的承受力小于所产生的拉应力时，就会出现裂缝。
某抽水蓄能电站堆石坝面板裂缝成因及安全性分析
但在实际施工、运行过程中由于地形地质条件、施工质量控制和水库运行方式等原因，导致混凝土面板经常出现
裂缝。对某抽水蓄能电站堆石坝面板裂缝的原因进行分析并作出安全性评估。
关键词：抽水蓄能电站；堆石坝；面板裂缝；安全分析
中图分类号：TV698.2+3
文献标识码：B
文章编号：1008 - 701X(2018)01 - 0046 - 03
2.1.1 水泥用量及混凝土配合比 面板混凝土的强度等级不宜过高，一般 C25 较合适，
这样可减少水泥用量，降低水化热，从而减小混凝土开裂 的可能性。该工程下库坝面板混凝土原设计为 C30，后经讨 论改为 C25，但在实际施工中，面板混凝土水灰比 0.47， 水泥用量偏大，I 期混凝土面板混凝土取样平均抗压强度 为 35.5 MPa，II 期混凝土面板取样平均抗压强度高达 40.9 MPa，混凝土强度等级远高于 C25。
对于分期填筑的高面板堆石坝，如果估计堆石体的变 形可能较大时，各期面板的浇筑高程与相应的已填筑的堆 石体顶部高程之间需保持一定的高差，以避免各期面板顶 部与堆石体之间出现脱空现象。
下库大坝面板分二期施工。坝体填筑至高程 343.00 m 后，停工 4 个月，在此期间 I 期面板施工，浇筑 6# ~ 14# 面 板高程 310.00 m 以下的 9 块，施工期为 1996 年 11 月至次 年 1 月，即 I 期面板的浇筑高程与相应的已填筑的堆石体高 程差值大于 43.00 m，且坝体已经经过 4 个月的沉降，面板 与堆石体之间变形相对较协调，发生脱空的几率相对较小， 面板出现裂缝的几率也较小，1997 年 4 月坝体全面上升至 高程 348.50 m 后，开始 II 期面板和防浪墙施工，浇筑剩余 部分高程 310.00 ~ 348.50 m 面板，施工期为 1997 年 5 — 6 月， 即 II 期面板的浇筑高程与相应的已填筑的堆石体顶部高程 差值较小，且坝体仅经过 1 个月的沉降，剩余沉降量仍较大， 面板与堆石体之间变形不协调，面板与垫层料间出现脱空 的几率相对较大，出现裂缝的几率也较大，加上 I 期面板于 1996 年 11 月至 1997 年 1 月浇筑，气温适宜，而 II 期面板 于 1997 年 5 — 6 月浇筑，属高温多雨季节，最高气温超过
混凝土面板堆石坝工程中裂缝成因及处理对策
水 泥水 化热 时 ， 会 产生较 多 的热 量 ， 有极 强 的抗 拉应力 ，变形 性能极 佳 ，渗漏 要 分析 了混凝 土面板结 构ｌ 陛裂缝 与非 结构 如 果外界 环境 温度骤 降 ，混凝 土面板 内外 系数非 常小 ，使用 寿命较 长 ，维护与保 养 性 裂缝 的成 因 ，从材料 与施 工工艺 的角度 就 会 形 成 较 大 的 温差 ，受 到热 应 力 的作 简便 ，能够满足 工程需要 。 中间层可 以降 切 入 ，试 探性 的提 出了相应 的防治 对策 ， 用， 就会使 混凝 土面板 内外结 构发生 变形 ， 低 两层 面板之 间摩擦 阻力 ，减 弱两层 面板
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Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｎ ｅ ｗ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ
工 程 技 术
混凝 土 面板堆石坝工程 中裂缝成 因及处理对策
杨 志 勇
（ 中国葛洲坝集 团第三工程有限公 司，湖北 宜昌 ４ ４ ３ ０ ０ ２）
缝 。不论混 凝土 面板 中出现哪种 裂缝 ，都 会极 大地影 响石 坝运行 的安全性 ，下文 将 二 、混 凝 土 面板 堆 石 坝 裂 缝 的 处理
（ 二 ）非结构性 裂缝 的防治
方法
１ 提高混 凝土 面板 原材 料配 比合理性
对这 两种裂缝 的成 因展开 分析 。
（ 一 ） 结构性 裂缝 的防治 首先 ，可 以 优 化混 凝 土 的级 配 ，控 混 凝 土 面板 结 构 性 裂缝 多 在 浇 筑初 制混 凝土 弹性模量 ，提高混 凝土抵 抗裂缝 混凝土面板支撑体不仅需要承受 自 期 由于坝体 出现 了不均匀 沉降进 而导致 混 的韧 性与极 限抗拉 强度 ，降低裂缝 出现 的
面板堆石坝混凝土面板裂缝现状、成因与防裂技术进展
面板堆石坝混凝土面板裂缝现状、成因与防裂技术进展摘要：随着时代的不断发展以及经济社会进程的不断加快，人们生活水平的不断提高，然而人们对堆石坝混凝土面板裂缝的了解也越来越多。
因此，混凝土面板作为面板堆石坝的主要防渗结构，其裂缝控制是影响大坝安全运行的关键。
总结了我国部分面板堆石坝混凝土面板裂缝现状，从面板的混凝土设计、原材料及施工工艺等方面分析了裂缝产生的原因，总结了混凝土防裂技术进展。
分别从裂缝走向、裂缝产生的部位、裂缝产生的面板分序和产生时间揭示了面板裂缝的特点和规律，总结了混凝土力学、抗冻设计指标、水胶比、用水量、原材料、坍落度、养护方式和垫层处理工艺等技术参数对其影响。
关键词：堆石坝；混凝土面板；裂缝现状；防裂技术引言混凝土面板堆石坝的水下面板裂缝形成发展，影响了面板的工作性态。
为揭示水下面板裂缝的成因，依据监测资料研究了运行期不利温度工况及施工质量对面板裂缝的影响，提出以空隙率的概率分布函数表征施工质量的方法，采用质量保证率模拟堆石区的施工缺陷区域，确定了运行期堆石坝面板裂缝分析的流程。
1面板混凝土裂缝的分类1.1结构性裂缝（1）面板本身原因：面板本身板薄面大，吉音面板最长块板长达139m，板宽12m，板厚从底厚0.6m到顶厚0.3m渐变而成，这种大型薄壁机构结构容易产生裂缝。
（2）面板基础原因：面板基础为从底部到顶部逐层填筑的堆石体，填筑质量、堆石坝自稳变形、局部面板底部脱空等因素决定了面板基础的稳定性，极易拉裂面板。
同时，面板基础不是平面基础，而是比较陡的坡面基础，由于重力原因面板极易向下滑落变形。
（3）外荷载影响：面板受库区水压力、冰压力、地震力等外荷载影响较大，一旦外部荷载超过面板本身抗裂能力，就会产生结构性裂缝。
1.2自身裂缝自身裂缝均由混凝土自身的收缩变形受到约束而引起，面板混凝土所受的约束主要有面板基础面的挤压边墙平整度不够或垫层的变形影响、两侧面板的拉力或挤压力、底部或坝体两侧的趾板变形等，面板混凝土所受到的拉应力大于其自身的抗拉强度时，裂缝自然产生。
基于FLAC3D的混凝土面板堆石坝应力和变形分析
基于FLAC3D的混凝土面板堆石坝应力和变形分析混凝土面板堆石坝是目前坝工建设中最富竞争力和最具发展前景的坝型之一。
从国内外面板堆石坝的应用来看,早期的面板堆石坝设计主要以经验结合工程师的判断为主,系统性的科研工作不多。
近些年来,随着面板堆石坝筑坝技术的发展,其设计正逐渐从经验判断转向以理论分析和试验研究为指导的阶段。
对面板堆石坝而言,坝体的应力变形特性是关系到坝体安全和正常运行的一个重要问题。
在我国的面板堆石坝工程实践中,虽然取得了一定的成绩,但也有一些失败的教训。
沟后面板砂砾石坝的垮坝事件、株树桥面板堆石坝面板的塌陷以及天生桥面板堆石坝的大量结构性裂缝等问题都表明不可对面板堆石坝的应力变形问题掉以轻心。
近些年来,随着面板堆石坝坝高的不断增加、坝址地质条件的日趋复杂,工程中对面板堆石坝应力变形分析的理论和分析手段也提出了越来越高的要求。
对于高面板堆石坝,如何正确预测坝体在各种工况条件下的变形趋势,并在此基础上优化坝体的设计、确保面板受力的安全已成为面板堆石坝设计中的一个关健问题。
以往的面板堆石坝应力变形分析研究虽取得了一定的成果,但有关面板堆石坝应力变形特性方面的系统研究成果尚不多见。
针对这方面问题的全面系统研究,不但具有重要的学术意义,同时也具有重大的工程应用价值。
对混凝土面板堆石坝的施工和蓄水过程、面板和垫层间的接触效应进行了总结和探讨,并且基于FLAC3D采用了合理的模型和方法进行模拟。
以FLAC3D为开发平台,提出了Duncan-Chang E-B本构模型的二次开发思路和实现步骤,完成了相应模块的编程,并且依据常规三轴试验数据和Duncan-Chang本构模型理论解对开发的程序进行了一系列严格验证。
结果证明开发是成功的,开发的程序具有高效率、高精度、源代码简洁等优点,修改维护非常方便。
将开发的程序成功应用于某混凝土面板堆石坝应力变位数值分析,显示了程序解决实际工程问题的能力。
混凝土面板堆石坝裂缝的成因及对策探讨
混凝土面板堆石坝裂缝的成因及对策探讨谢玉杰, 张光碧, 冯锦德, 黄泽明, 高 睿, 李 浩(四川大学水利水电学院,四川成都 610065)摘 要:随着我国水电资源的进一步开发,混凝土面板堆石坝作为一种适应性强的经济坝型将成为首选。
面板堆石坝的关键技术问题是要解决面板混凝土的裂缝问题,分析了面板结构裂缝和非结构(温度)裂缝的成因,并列举了一些工程上常用的防止面板裂缝的措施,引用了天生桥一级水电站面板堆石坝的面板施工措施,探讨了对面板的保护。
关键词:混凝土面板堆石坝;混凝土配合比;施工养护;裂缝与防治中图分类号:T V54;T V64;T V698文献标识码: B文章编号:1001-2184(2007)05-0076-031 引 言近年,在我国的大坝建设中,混凝土面板堆石坝发展很快。
堆石坝具有工程量小、安全性好、可简化导流、施工方便、工期短、造价低等优点,已受到坝工建设者的重视,其设计方法和施工技术日臻完善。
随着我国水电建设的进一步发展,混凝土面板堆石坝将成为一种适用性强的经济坝型。
但是,就以往的经验而言,面板堆石坝的面板在施工期和蓄水期时有开裂的现象出现。
为此,很有必要对造成面板裂缝的原因和解决措施进行研究。
笔者在前人的基础上总结了面板裂缝的成因并提出了裂缝防止措施。
2 混凝土面板裂缝成因分析2.1 面板裂缝分类就堆石坝面板产生的裂缝而言,可能发生两类裂缝,即由坝体不均匀变形引起的结构性裂缝和由混凝土本身性能而产生的收缩裂缝。
2.2 面板裂缝原因(1)混凝土面板裂缝结构性分析。
面板在外力作用下产生的裂缝,主要是由于堆石坝面板支撑体在自重和施工期反向水压力等外荷载作用下产生不均匀的沉降和水平位移,导致面板和垫层之间脱空,改变了面板以承压为主的力学模型而发生裂缝[1]。
此种裂缝是造成面板后期呈规律性开裂的主要原因。
(2)混凝土面板裂缝的非结构性分析。
混凝土面板由于厚度小、结构暴露面积大而对环境温度变化敏感。
面板堆石坝混凝土面板裂缝现状、成因与防裂技术进展_1
面板堆石坝混凝土面板裂缝现状、成因与防裂技术进展发布时间：2022-09-22T06:24:57.116Z 来源：《建筑创作》2022年4期第2月作者：刘毅[导读] 混凝土面板是混凝土面板堆石坝的主要防渗结构，其裂缝控制是大坝安全运行的关键。
刘毅汉江润北工程咨询（湖北）有限公司湖北省武汉市 430000摘要：混凝土面板是混凝土面板堆石坝的主要防渗结构，其裂缝控制是大坝安全运行的关键。
总结了我国部分混凝土面板堆石坝混凝土面板裂缝的现状，分析了裂缝产生的原因，总结了混凝土防裂技术的进展。
从裂缝的方向、裂缝的位置、面板裂缝的顺序和产生时间等方面揭示了面板裂缝的特点和规律，总结了混凝土力学、抗冻设计指标、水胶比、用水量、原材料、坍落度、养护方法和垫层处理工艺等技术参数对面板裂缝的影响。
分析了裂缝产生的原因、施工因素以及环境温差引起的裂缝。
从优化混凝土配合比、改善混凝土性能、采用合理的施工方法等方面综述了抗裂技术的进展。
关键词:面板堆石坝; 混凝土面板裂缝; 防裂技术; 成因分析; 措施引言混凝土面板背靠堆石体上游面，复杂的水、气条件和温度作用必然会引起混凝土材料内部的应力变化，进而导致混凝土面板产生裂缝。
当水下面板开裂严重时，将破坏其防渗效果，直至垫层区和过渡区产生渗透破坏，面板进一步开裂坍塌，甚至溃坝。
国内外的大部分面板堆石坝工程普遍都会遇到面板裂缝的问题，所以掌握运行期堆石坝面板水下裂缝的演变状态，分析面板裂缝产生的原因，对大坝安全运行及管理有重要意义。
1面板堆石坝混凝土面板裂缝现状混凝土面板是典型的薄带状结构，其长度、宽度和厚度差异很大，因此产生裂缝的概率高于普通水工大体积混凝土。
混凝土面板一旦出现裂缝，会破坏结构的整体性，导致面板漏水，增加坝体渗漏。
而且会直接降低混凝土的抗渗性和耐久性，加剧冻融循环、化学侵蚀、碳化等造成的混凝土劣化。
从而逐渐失去结构功能。
根据国内一些堆石坝混凝土面板裂缝的现状，现有工程混凝土面板裂缝呈现出一定的特点和规律。
混凝土面板堆石坝面板裂缝成因与防治措施
混凝土面板堆石坝面板裂缝成因与防治措施摘要：目前混凝土面板堆石坝与其它坝型相比，具有较高的安全性、可观的经济性和良好的适应性。
混凝土面板是面板堆石坝体防渗的主要结构，面板混凝土开裂会降低防渗效果，同时使混凝土内部的钢筋材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土结构的承载力、耐久性和使用寿命，所以提高面板混凝土的抗裂性，防止和减少面板混凝土裂缝的产生，是面板堆石坝建设过程中一个不可忽视的问题。
本文就混凝土面板堆石坝面板裂缝产生原因及其防治措施进行了简单的分析。
关键词：面板堆石坝；产生原因；防治措施混凝土面板堆石坝在我国从60年代得以开始应用的，因其稳定性好、抗震性能强、施工简便、节省材料、造价低等优点，在我国已得到较为广泛的采用，也成为了以后坝体发展的方向之一。
虽然随着工程施工技术及设计理念的发展与进步，更大、更高的混凝土面板堆石坝得以建设成功，但是混凝土面板容易出现裂缝的质量通病严重地影响了坝体施工质量及结构安全，该问题目前尚未得到完全解决。
虽然缝宽小于0.2mm 裂缝经修补处理后不影响坝体的正常安全使用，但从长期看来，对坝体的整体性及耐久性还是有很大影响。
因此提高混凝土面板堆石坝面板的抗裂性，避免或减少面板裂缝出现为坝体建设者们急需解决的关键问题。
1.面板裂缝的成因分析1.1 非结构性裂缝的成因分析非结构性裂缝为温度裂缝和干缩裂缝，各自产裂机理如下：1.1.1 面板温度裂缝发生机理混凝土面板受温度影响发生变形，外界和内部各种约束将限制其变形，超过混凝土的抗裂强度时就会产生裂缝，此种裂缝的直接影响因素是温差值大小和约束条件，约束条件随具体工程的不同而异，一般的裂缝影响温差如下。
（1）昼夜温差。
该温差使混凝土内部产生一定的温度梯度，该温度梯度引起了混凝土内部各质点间的约束，这种约束的作用会产生表面裂缝，常发生于混凝土早期强度较低时。
（2）季节性温差。
主要是混凝土固结温度与使用期间面板年最低温度差。
该温差引起的混凝土面板变形主要受面板与垫层的摩阻力约束产生裂缝，不考虑混凝土面板内部温度梯度派生的内部各质点间的约束力。
混凝土面板堆石坝裂缝的成因及对策探讨
混凝土面板堆石坝裂缝的成因及对策探讨摘要：随着一大批面板堆石坝的成功兴建, 促进了面板堆石坝的理论研究和施工技术的发展, 取得了较为丰富的工程实践经验。
但该坝型仍存在着一些关键的技术问题值得探讨, 如受到各种因素的作用极易产生裂缝引起渗漏从而影响到坝体的安全等。
本文阐述了混凝土面板堆石坝裂缝产生的成因，探讨了混凝土面板堆石坝裂缝对策。
关键词：混凝土面板堆石坝裂缝成因对策随着科学技术的进步, 施工方法的提高, 混凝土面板堆石坝正向着更高、更大的坝型发展, 混凝土面板堆石坝具有有效降低工程造价、对坝基地质要求不高、大坝稳定性好、不易溃坝等特点。
许多混凝土面板堆石坝工程的面板都会产生裂缝，这与面板混凝土自身特性和面板所处的环境以及工作条件有关。
裂缝的正确处置，是确保面板堆石坝工程质量的关键之一。
虽然小于0. 20 mm 的表面裂缝或贯穿裂缝经修补后, 并不影响工程正常运行, 但工程的耐久性及美观受到影响。
因此, 如何优化面板混凝土设计与施工,减少裂缝的产生, 以及如何有效地处理已产生的裂缝, 对今后的面板混凝土设计与施工有着非常重要的意义。
一、混凝土面板堆石坝裂缝产生的成因就堆石坝面板产生的裂缝而言, 可能发生两类裂缝,即结构性裂缝和非结构性裂缝两类。
1、非结构性裂缝的产生成因混凝土面板非结构性裂缝主要是由于面板混凝土在自身和各种外界因素作用下产生收缩变形所致。
主要有以下几种类型：（1）塑性收缩裂缝。
塑性收缩裂缝是当处于塑性状态的混凝土面板表面水分的蒸发率大于沁水上升到表面的速率时出现的。
主要由于混凝土温度高、气温高、空气湿度小、风速大等原因造成。
塑性收缩常常发生在新拌混凝土初凝前，如果塑性收缩较大，可能产生水纹形状的龟裂，但裂缝深度一般不大。
（2）温度收缩裂缝。
温度裂缝是由于施工期水泥水化热的作用, 或者外界气温骤降，使面板内外形成温差，进而形成引起温度应力使混凝土因内外变形不一致在表面产生拉应力,当拉应力大于混凝土的抗拉强度时就会产生裂缝。
浅谈面板堆石坝裂缝原因及处理方案
浅谈面板堆石坝裂缝原因及处理方案发布时间：2021-10-18T06:48:28.958Z 来源：《工程建设标准化》2021年第15期作者：董格[导读] 某水电站挡水建筑物为面板堆石坝，坝顶宽度为8.0m，坝长473.5m，最大坝高146.3m，面板厚0.董格身份证号码：42900519901223****摘要：某水电站挡水建筑物为面板堆石坝，坝顶宽度为8.0m，坝长473.5m，最大坝高146.3m，面板厚0.3～0.786m（低）。
本工程面板施工三期进行，一期面板（EL675m以下）；二期面板（EL675m～EL715m）；三期面板（EL715～EL753.3m）；面板混凝标号为C30F300W12（二级配），由于混凝土面板其超薄结构的特性及施工环境因素使得裂缝成为混凝土面板的通病，本文主要阐述了混凝土面板堆石坝裂缝的成因及其处理方法。
关键词：混凝土面板；裂缝；原因；处理方法。
1 裂缝分析1.1塑性收缩裂缝塑性收缩裂缝是指在新浇注的混凝土构件暴露于空气中的上表面出现，混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。
塑性收缩裂缝一般在千热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态，较短的裂缝一般长20～30cm，较长的裂缝可达2～3m，宽1～5mm。
由于混凝土面板其超薄结构的特性，所以面板混凝土水化热温升阶段短，最高温度值出现较早，随后很快出现降温趋势，面板表面及时连续保温保湿，有利于降低混凝土的热交换系数。
本工程面板混凝土采用薄膜覆盖蓄热养护法，当台车滑升后暴露的混凝土在收面后要均已及时用塑料薄膜覆盖，避免表面水份过快蒸发，待混凝土初凝后覆盖保温被，在混凝土浇筑完毕后12～18h内开始进行洒水养护至28d以上，因此不存在混凝土凝结之前表面失水较快而产生收缩。
1.2温度裂缝混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，导致裂缝。
堆石坝混凝土面板裂缝成因及防治
堆石坝混凝土面板裂缝成因及防治摘要：面板裂缝现象经常会出现在砼面板堆石坝项目中，对坝体的可靠性、完整性以及结构安全有着严重影响，其中结构性与非结构裂缝是引起坝体裂缝的主要原因，因为裂缝的原因不同，所以要使用的防治技术也不同，只有这样才能对坝体裂缝问题进行有效解决。
为此，文章将对堆石坝混凝土面板裂缝成因进行分析，然后针对裂缝的主要成因，提出相应的防治技术。
关键词：堆石坝；混凝土面板；裂缝成因；防治策略前言：随着一批又一批的面板堆石坝的兴起，推动了相关的理论研究以及施工技术的发展，其工程实践经验十分丰富。
但是值得探讨的是，混凝土面板堆石坝仍存有诸多关键的技术问题，譬如因为受结构性与非结构裂缝的影响而使坝体产生裂缝，进而对坝体安全造成影响等，为此，文章将对堆石坝混凝土面板裂缝成因进行分析，然后针对裂缝的主要成因，提出相应的防治技术。
1裂缝原因阐述1.1结构性裂缝的影响因素结构性裂缝产生的原因在于外力影响面板而造成的，重点是坝体自重及浪压力、水压力等其他荷载影响下导致坝基出现其它方向位移，或不均匀沉降现象，进而引起坝体变形，致使面板架空，荷载作用引起裂缝。
站在宏观的角度来看，柔性体主要为堆石，刚性体主要为面板，面板的可靠性受堆石体变形的干扰，所以，有必要确保面板和堆石体的协调变形。
就受力来说，水压力属于面板主要承受的负载，通过垫层的摩擦阻力和支撑力来平衡面板，堆石的变形会影响堆石上的垫层，并会发生应变，并且面板的内部应力也会出现重组，甚至出现结构性裂缝。
1.1非结构性裂缝的影响因素1.1.1面板温度裂缝的影响因素砼面板之所以会产生变形是因为受温度影响，又受外界及内部各种约束、限制。
在此种情况下，砼的抗裂强度会被超越，从而出现裂缝，而主要的原因在于约束条件、温差值大小，因为实际工程不同，所以约束条件也有所不同，通常裂缝影响温差的详细情况主要有以下两点：⑴季节性温差。
重点是指砼固结温度与使用过程中面板最低温度差。
堆石坝混凝土面板裂缝成因及防治
堆石坝混凝土面板裂缝成因及防治摘要：分析了面板堆石坝在施工期及蓄水时出现裂缝的原因，探讨面板混凝土结构性裂缝和非结构性裂缝产生的机理、规律和主要影响因素，结合公伯峡水电站大坝面板裂缝处理经验，从材料、结构和施工技术等方面提出了防治堆石坝混凝土面板裂缝的措施。
关键词：面板堆石坝；面板裂缝；成因分析；防治措施Abstract: the author analyzes the face rockfill dam during construction and the cause of cracks when water storage, this paper discusses the concrete structural cracks and the panel structural cracks mechanism, and the rule and the main influence factors, combined with gongboxia hydropower station dam panel crack processing experience, from material, structure and construction technology and puts forward the concrete face rockfill dam of cracks in the prevention and control measures.Keywords: face rockfill dam; Panel crack; Cause analysis; Prevention and control measures我国用现代技术修建混凝土面板堆石坝始于1985年，已经过了20年的历程。
实践证明，这种坝型具有安全可靠、投资省、工期短、施工简化、导流度汛方便等优点。
在当地条件适当时，宜优先选用。
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无论是体积流变还是轴向流变，流变曲线随时间基本 都呈指数型衰减，符合 Merchant 模型描述的变形规 律，流变变形可用下式表达：
(t ) i f (1 e t )
(4)
式中： i 为瞬时变形； f 为随时间发展的最终流变量；
为流变随时间衰减的指数。 最终体积流变 vf 、剪切流变 f 与偏应力 q、应
摘要：将基于弹塑性断裂力学的内聚力模型引入有限元法，采用非线性界面单元，通过定义界面单元的法向和切 向应力与张开和滑移变形之间的关系描述裂缝发生后的界面力学特性，模拟某高心墙堆石坝的坝顶裂缝。计算过 程中考虑筑坝材料的流变和湿化变形。研究结果表明：基于内聚力模型的有限元法计算出的裂缝与实际情况比较 吻合。采用该方法计算了蓄水期之后 3 年的坝顶裂缝，裂缝变化幅度微小，较为稳定，且并未深入心墙。在首次 蓄水的过程中，上游堆石流变和湿化变形较大，上下游坝壳料沉降不均匀程度也较大，因此，坝体变形不协调导 致坝顶出现纵向裂缝。 关键词：心墙堆石坝；内聚力模型；裂缝；裂缝成因 中图分类号：TV641；TV313 文献标志码：A 文章编号：1672−7207(2014)07−2303−08
2304
中南大学学报(自然科学版)
第 45 卷
模型在解决离散介质的破坏、倒塌、粉碎等问题上具 有显著优点，但将实际工程如整个坝体离散为堆石颗 粒集合体，在计算机处理能力很强的今天也是非常困 难的。而另一方面，连续介质力学方法通过引入断裂 力学模型或与非连续介质模型相结合，已能够预测裂 纹的萌生与扩展 。Tang 等 应用细观有限元网格离 散岩石和混凝土，研究了岩石和混凝土材料的破裂、 失稳过程。 Owen 等[3]在有限元网格中嵌入裂缝模拟脆 性材料的断裂，从而使最初的连续体逐渐转化为离散 物质。潘鹏志等[4]提出了细胞自动机模型，并开发了 EPCA3D 软件模拟岩石破裂的基本过程。常晓林等 [5] 引入界面单元， 提出了实现岩体开裂扩展的连续−离散 耦合分析方法。 本文在有限元法中引入基于弹塑性断裂 力学的内聚力模型(cohesive zone model)，以实现连续 介质向非连续介质转化的力学模拟。内聚力模型的概 Dugdale[7]在试验的基础上 念最早由 Barenblatt[6]提出， 提出在裂纹尖端存在一个微小的塑性变形带状区域。 在过去的几十年间，内聚力模型由于开裂计算研究的 有效性越来越得到人们的重视， 但已有的研究成果
的破坏准则。当界面单元的法向应力达到抗拉强度时 发生拉伸破坏，当界面单元的切向应力超过抗剪强度 则发生剪切破坏， 计算过程中首先进行拉伸破坏判定。
tn f t 2 2 te ts tt t c tn tan e
(2)
第7期
胡超，等：基于内聚力模型的高心墙堆石坝坝顶裂缝模拟及其成因分析
[8−9] [1] [2]
扩展的部位布置界面单元，界面单元与周围的实体单 元相连。 在加载的初始阶段， 界面单元保持线性行为， 随着加载的进行，界面单元的应力达到起裂准则，界 面单元的刚度逐渐下降，承载能力降低，当刚度降低 到 0 时，界面单元失效，新的裂缝面出现，如图 1 所示。
图1 Fig. 1
力水平 S1 的关系如下：
3 pa
mc
vf b
(3)
q pa
l
nc
(5)
S c f d l 1 Sl
(6)
式中：b， ，mc，nc，d 和 lc 为模型参数。 式(4)~(6)及参数 ，b， ，mc，nc，d 和 lc 完整 地表达了堆石体的流变特性。 在心墙堆石坝的后期变形中，蓄水后的变形不可 忽视。粗粒料浸水湿化产生变形，引起坝体应力应变 状态发生变化。湿化模型采用南京水利科学研究院提 出的堆石体浸水体应变 v 和剪应变 的计算公 式[14]：
第 45 卷第 7 期 2014 年 7 月
中南大学学报(自然科学版) Journal of Central South University (Science and Technology)
Vol.45 No.7 July 2014
基于内聚力模型的高心墙堆石坝坝顶裂缝模拟 及其成因分析
胡超，周伟，常晓林，马刚，郑华康 (武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉，430072)
内聚力模型与界面单元
Schematic representation of cohesive zone model and cohesive interface element
大多处于理论研究层面或者是对单个简单试件的开裂 进行模拟。由于实际工程的复杂性，内聚力模型的工 程应用少有涉及。为此，本文作者采用基于内聚力模 型的有限元法，通过界面单元来表征位移场的非连续 性， 并在计算过程中考虑筑坝材料的流变和湿化变形， 模拟某高心墙堆石坝的坝顶裂缝，计算出的裂缝与实 际情况比较吻合。同时预测裂缝发展趋势，并对裂缝 成因进行分析。
2305
式中：ft 为界面法向抗拉强度；te 为等效切向应力；c 和 分别为界面的黏聚力和内摩擦角。当界面完全开 裂破坏后，在非挤压状态下其法向和切向刚度均降为 零；在受挤压状态下，由于界面存在摩擦，即使发生 宏观裂缝，界面具有一定的抗剪能力。 界面出现损伤后，采用 Benzeggagh 和 Kenane[11] 提出的基于能量的复合损伤演化准则，界面单元的本 构模型如图 2 所示。复合损伤演化准则为
c ，ksc 和 k tc 分别为界面的法向和 2 2 个切向滑移量；k n
。本文将内聚力模型引入有限元
个切向刚度，一般有 ksc = k tc ； d 为标量损伤因子；
n ( n | n |) / 2 。 采用带拉伸截断的 Mohr-Coulomb 准则作为界面
法，采用非线性界面单元，定义界面单元的法向和切 向应力与张开和滑移变形之间的关系来描述裂缝发生 后的界面力学特性，通过界面单元的起裂、扩展和失 效，实现开裂扩展的数值模拟。内聚力模型具有如下 显著优点：在开裂过程中应力为开裂位移的函数，从 而避免了线弹性断裂力学中的裂纹尖端应力奇异性； 基于弹塑性断裂力学，考察了裂纹尖端的塑性区，因 此能解决裂纹尖端较大范围屈服的问题；不需要结构 中包含预置的裂纹。 采用内聚力模型模拟开裂时，在裂缝可能发生和
G c G c (G c G c ) GS n s n GT G G G ，G G G s t n T S S Gn tn d n，Gs ts d s，Gt tt d t f m td d 0 c m G G 0 m n 2 s2 目(51379161)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2012206020207) 通信作者： 周伟 (1975−) ，男，湖南岳阳人，教授，博士生导师，从事高坝结构数值仿真方面的教学与研究；电话： 027-68773778 ； E-mail: zw_mxx@
不考虑界面法向和切向之间的相互作用，界面单 元的应力状态达到破坏准则后出现损伤，采用标量损 伤因子描述界面刚度的退化，界面应力与张开、滑移 位移的关系为
t n n n t ts (1 d ) K s dK 0 tt 0 t c c c K diag(kn，ks ，k t )
Modeling of dam crest cracks of high core rockfill dam based on cohesive zone model and crack formation analysis
HU Chao, ZHOU Wei, CHANG Xiaolin, MA Gang, ZHENG Huakang
(State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan 430072, China) Abstract: The cohesive zone model based on elastoplastic fracture mechanics was introduced to the finite element model. Using nonlinear cohesive interface elements and defining the relationship between normal−tangential stresses and opening−slipping deformation of interface elements, interfacial mechanical characteristics of cracks were described. This method was employed to simulate crest cracks of a high core rockfill dam. Rheological and wetting deformation of the dam materials was taken into account in the calculation process. The results show that cracks calculated by this method are in satisfactory agreement with the actual situation. The dam crest cracks that develop three years after impounding are predicted. The cracks develop slightly and are relatively stable, without developing into the core wall. The rheological and wetting deformation of upstream rockfill are relatively large during the first impounding process and the degree of settlement non-uniformity between upstream and downstream dam materials is also large, and therefore uncoordinated deformation of the dam causes the longitudinal cracks in the crest region. Key words: core rockfill dam; cohesive zone model; crack; cause of cracks