高碾壓混凝土重力壩分區材料-結構界面特性與變形協調仿真分析

李明超，張夢溪，沈 揚，馮 達，閔巧玲

（1. 水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津大學，天津 300350；2. 中國長江三峽集團有限公司，北京100038；3. 華電重工股份有限公司，北京 100070）

1 研究背景

21 世紀以來，我國水利工程建設進入自主創新、引領發展的階段，在大江大河上建造水利工程，大壩是核心的主體建筑物，其安全性是整個工程的關鍵。而壩體分區的不同部位因工作條件不同，設計時所采用的混凝土強度及其防滲、抗凍、抗沖刷和抗裂等功能也有所不同［1］，因壩體各部位“結構特性”與“材料性能”的差異產生的變形協調問題，直接關系到工程結構的質量和耐久性。以面板堆石壩和心墻堆石壩為代表的壩體結構中，堆石壩體各區材料的宏觀和細觀變形特性、堆石壩體與面板或心墻變形的同步協調已成為變形安全的核心問題［2-4］；以混合壩、多材料壩為代表的新型壩工結構中，連接部位和材料界面的變形協調關系到工程全局安全［5］。新材料與新結構的提出也為變形協調分析提出了更高的要求［6］。因此，高壩分區結構的異種材料的變形協調問題應引起足夠重視。

實際上，復合材料、結合材料已在機械、航天工程領域廣泛使用，復合材料的結合部統稱為材料界面，荷載作用下材料界面往往是結構的“薄弱環節”［7-8］，原因在于：（1）界面兩側材料因變形特性的差異而互相約束，使界面附近出現較高的應力水平（理論上無窮大），即應力奇異性；（2）目前施工質量水平難以保證界面處的完美結合，必然會存在一定缺陷，這些缺陷會在工程實踐中逐漸劣化，影響結構穩定與安全。……