摘 要：針對(duì)混凝土重力壩水力劈裂擴(kuò)展問(wèn)題進(jìn)行研究，構(gòu)建混凝土斷裂力學(xué)模型，采用黏聚力單元模擬裂縫擴(kuò)展，建立靜、動(dòng)水力劈裂縫內(nèi)水壓計(jì)算方法。分別模擬靜水壓力、地震荷載和水下爆炸荷載作用下重力壩裂縫擴(kuò)展過(guò)程，由計(jì)算結(jié)果可知，提出的混凝土重力壩水力劈裂計(jì)算模型在靜水壓力、地震荷載和水下爆炸荷載作用下對(duì)裂縫的分布和擴(kuò)展均具有較好的模擬效果與參考文獻(xiàn)結(jié)果相近。靜水壓力作用下重力壩裂縫擴(kuò)展長(zhǎng)度與水頭高度正相關(guān)；在地震荷載作用下縫內(nèi)水壓力顯著促進(jìn)了裂縫的擴(kuò)展長(zhǎng)度；水下爆炸荷載作用下，沖擊波首先在大壩上游壩面造成大面積破壞，隨后向壩體下部擴(kuò)展并集中在大壩中部和壩踵位置。研究成果為混凝土重力壩水力劈裂穩(wěn)定性分析提供依據(jù)，對(duì)實(shí)際大壩工程中的裂縫控制和壩體安全管理具有重要參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：混凝土重力壩；水力劈裂模擬；靜水壓力；地震荷載；水下爆炸

中圖分類(lèi)號(hào)：TV31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-9235（2025）03-0001-08

Simulation of Hydraulic Fracture Failure in Concrete Gravity Dams Under Different Loads

WANG Yang1，2，3， SUN Jinshan1，2*， WANG Gaohui3， ZHENG Jiawei3， LI Yongzhen3

（1. State Key Laboratory of Precision Blasting， Jianghan University， Wuhan 430056， China; 2. Hubei Key Laboratory of Blasting Engineering， Jianghan University， Wuhan 430056， China; 3. School of Water Resources and Hydropower Engineering， Wuhan"University， Wuhan 430070， China）

Abstract： This study investigated the problem of hydraulic fracture propagation in concrete gravity dams. A fracture mechanics model for concrete was constructed， and cohesive force units were used to simulate the propagation of fractures. Methods for calculating water pressure within the hydraulic fractures under static and dynamic conditions were established. The propagation process of fractures in gravity dams under the effects of hydrostatic pressure， seismic loads， and underwater explosion loads was simulated respectively. The results indicate that the hydraulic fracture calculation model for concrete gravity dams proposed in this paper has a good simulation effect on the distribution and propagation of fractures under the effects of hydrostatic pressure， seismic loads， and underwater explosion loads， which is close to the results of reference literature. Under the action of hydrostatic pressure， the propagation length of fractures in the gravity dam is positively correlated with the water head height; under the action of seismic loads， the water pressure inside the fractures significantly promotes the propagation length of the fractures; under the action of underwater explosion loads， the shock wave first causes extensive damage to the upstream dam face and then expands downward and concentrates in the middle and heel of the"dam. The research results provide a basis for the stability analysis of hydraulic fractures in concrete gravity dams and have important reference values for fracture control and dam safety management in practical dam engineering.

Keywords： concrete gravity dam; hydraulic fracture simulation; hydrostatic pressure; seismic load; underwater explosion

混凝土重力壩作為一種常見(jiàn)的水利工程結(jié)構(gòu)，其安全性直接關(guān)系到人民的生命財(cái)產(chǎn)安全和水資源的合理利用。受自然因素和工程活動(dòng)的影響，重力壩在運(yùn)行過(guò)程中可能遭受裂縫損傷，進(jìn)而影響壩體的完整性和穩(wěn)定性，特別是當(dāng)裂縫受到水力劈裂作用時(shí)，其擴(kuò)展過(guò)程復(fù)雜，對(duì)壩體安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅［1-3］。因此，深入研究不同荷載作用下混凝土重力壩裂縫的水力劈裂擴(kuò)展機(jī)制，對(duì)預(yù)防和控制壩體裂縫擴(kuò)展具有重要的理論和實(shí)際意義。

混凝土水力劈裂涉及流體和固體相互作用的流固耦合問(wèn)題，其核心在于裂縫中流體壓力的變化如何引起裂縫開(kāi)度和長(zhǎng)度的變化，以及這些變化如何反過(guò)來(lái)影響裂縫內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)。在水力裂縫理論研究方面，水力裂縫主要分為水平橢圓模型、垂直橢圓模型、PKN模型、KGD模型和偽三維模型等［4-6］，其中，PKN模型、KGD模型和偽三維模型應(yīng)用最為廣泛。在水力劈裂試驗(yàn)研究方面，

Brühwiler等［7-8］和Shinmura等［9］率先開(kāi)展了以混凝土楔形劈裂試件為對(duì)象的水力劈裂試驗(yàn)，并分析混凝土水力劈裂斷裂規(guī)律。徐世烺等［10-11］改進(jìn)并成功實(shí)施了楔入式緊湊拉伸試件的混凝土水力劈裂試驗(yàn)，驗(yàn)證了斷裂力學(xué)理論分析混凝土水力劈裂斷裂過(guò)程的可靠性。杜成斌等［12-13］研制了混凝土楔入劈拉試件的新型密封裝置，開(kāi)展了一系列混凝土斷裂試驗(yàn)，揭示了不同速率下混凝土裂縫內(nèi)的水壓力分布規(guī)律。胡少偉、王洋等［14-15］基于三點(diǎn)彎曲梁開(kāi)展了不同加載速率下的混凝土水力劈裂試驗(yàn)，結(jié)合重力壩結(jié)構(gòu)特性，分析了混凝土重力壩水力裂縫擴(kuò)展過(guò)程特征。賈金生、吳洋鋒等［16-17］針對(duì)重力壩水力劈裂問(wèn)題開(kāi)展了理論和試驗(yàn)研究，分析了重力壩的水力劈裂穩(wěn)定性。在實(shí)際工程中，重力壩可能面臨多種極端的荷載作用，包括靜水壓力、地震作用和水下爆炸等。這些荷載對(duì)裂縫擴(kuò)展的影響機(jī)制各有不同，需要通過(guò)精確的計(jì)算模型來(lái)模擬和分析。

基于斷裂力學(xué)理論，構(gòu)建混凝土重力壩水力劈裂計(jì)算模型，模擬靜水壓力、地震荷載和水下爆炸荷載作用下壩體裂縫的水力劈裂擴(kuò)展過(guò)程。在模型中引入黏聚力單元可有效處理材料斷裂過(guò)程中的高度不連續(xù)問(wèn)題，模擬結(jié)構(gòu)大變形，可有效進(jìn)行裂縫擴(kuò)展路徑預(yù)測(cè)和結(jié)構(gòu)斷裂軌跡模擬。本文嘗試揭示不同荷載作用下重力壩裂縫水力劈裂擴(kuò)展機(jī)制，為大壩水力劈裂穩(wěn)定性分析提供依據(jù)。

1 混凝土重力壩水力劈裂計(jì)算模型

水力劈裂過(guò)程中裂縫中流體和裂縫面的相互作用是典型的流固耦合問(wèn)題，裂縫內(nèi)流體的壓力會(huì)引起裂隙開(kāi)度和長(zhǎng)度變化，裂隙幾何形狀的變化又會(huì)造成縫內(nèi)流體體積和壓力的改變。水力劈裂中流固耦合的控制主要包括：裂縫面上的高壓流體的壓力作用（液體或氣體）引起裂縫邊界位移；裂縫內(nèi)流固耦合過(guò)程，根據(jù)流體流態(tài)的不同，可分為層流和湍流；水力裂縫的擴(kuò)展過(guò)程。這幾個(gè)過(guò)程互相影響，一方面裂縫面受水壓或氣壓作用而引起裂縫開(kāi)度和長(zhǎng)度的變化，另一方面裂縫內(nèi)流體流動(dòng)又受到裂隙開(kāi)度和長(zhǎng)度的影響。準(zhǔn)靜態(tài)水力壓裂問(wèn)題與動(dòng)態(tài)水力劈裂問(wèn)題有顯著區(qū)別，主要為：準(zhǔn)靜態(tài)水力劈裂的裂縫內(nèi)流動(dòng)可視為層流，而動(dòng)態(tài)水力劈裂的裂縫內(nèi)流體流動(dòng)可為湍流流動(dòng)；準(zhǔn)靜態(tài)水力劈裂中流體密度保持不變，而動(dòng)態(tài)水力劈裂的裂縫中當(dāng)流體的密度可隨著流動(dòng)狀態(tài)的改變而變化；準(zhǔn)靜態(tài)水力劈裂問(wèn)題時(shí)間跨度以秒為刻度，而動(dòng)態(tài)水力劈裂問(wèn)題中時(shí)間跨度要短得多，以微秒為刻度。

基于離散裂縫模型建立的黏聚力單元被廣泛用于準(zhǔn)脆性材料的損傷斷裂模擬。單元上下面之間的法向牽引力和切向牽引力可有效模擬混凝土斷裂過(guò)程中骨料咬合、材料的黏結(jié)及裂縫面之間的摩擦作用。當(dāng)法向和切向位移增大到臨界值時(shí)，單元完全損傷，單元面內(nèi)的法向和切向應(yīng)力退化為

零，以此模擬裂縫面的張開(kāi)效果。ABAQUS軟件提供的混凝土黏聚力單元選項(xiàng)一般采用雙線性軟化關(guān)系，在初始彈性階段，隨著位移的增大，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力逐漸增加，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度時(shí)進(jìn)入軟化失效階段。采用線彈性本構(gòu)描述黏聚力單元受壓力學(xué)響應(yīng)，此時(shí)不存在應(yīng)變軟化行為，這符合混凝土抗壓性能遠(yuǎn)高于其抗拉強(qiáng)度的特征，進(jìn)入軟化階段，黏聚力單元的法向和切向初始剛度將出現(xiàn)不可逆的退化，該過(guò)程采用斷裂能準(zhǔn)則判斷黏聚力單元為最終失效或完全損傷。

黏聚力單元可以有效處理材料內(nèi)部的高度不連續(xù)問(wèn)題，其在模擬材料斷裂過(guò)程中具有較大的優(yōu)勢(shì)，可以有效地模擬結(jié)構(gòu)大變形問(wèn)題［18-20］。為了實(shí)現(xiàn)混凝土水力劈裂的裂縫擴(kuò)展過(guò)程，在混凝土結(jié)構(gòu)可能開(kāi)裂的單元位置處插入零厚度的孔壓黏聚力單元（COH2D4P）用以模擬水力劈裂擴(kuò)展過(guò)程，見(jiàn)圖1a。為了提高裂縫計(jì)算精度，在實(shí)體單元邊界插入2個(gè)COH2D4P單元，采用2個(gè)計(jì)算單元可有效提高沿裂縫擴(kuò)展方向上的水壓力計(jì)算精度，該單元在中面位置處設(shè)置了2個(gè)僅含流體壓力自由度的特殊節(jié)點(diǎn)（圖1b），上下頂面的節(jié)點(diǎn)除包含常規(guī)位移的自由度外，新增流體壓力自由度。其中，裂縫面水壓力荷載是計(jì)算水力劈裂裂縫擴(kuò)展的關(guān)鍵計(jì)算參數(shù)。

針對(duì)圖2所示的含液壓裂縫的計(jì)算實(shí)體，平衡方程可表示為：

式中：tb為體積力；λtt為外載荷，其中λ為比例加載系數(shù)，t為外力；Γt、Γu分別為外力邊界和位移約束邊界；σ為應(yīng)力張量；Γc為裂縫邊界，且Γc=Γc+∪Γc-；n+、n-分別為Γc+和Γc-的外法線，由于裂縫面張開(kāi)位移很小，故可認(rèn)為n= -n=n；p為作用在裂縫面Γc上的荷載，p+作用在Γc+上，p-作用在Γc-上。

由虛功原理，可得該平衡方程式的等效積分弱形式見(jiàn)式（3）：

σ?εδdΩ=tb?δdΩ+λtt?δdΓ+p?δdΓ（3uuu）w

式中：ε為應(yīng)變；δu為虛位移；δw為裂縫張開(kāi)度，可計(jì)算為δu+-δu-。式（3）表達(dá)了水力裂縫在固體中擴(kuò)展的流固耦合控制過(guò)程，p?δwdΓ為裂縫中水壓力驅(qū)動(dòng)裂縫的擴(kuò)展動(dòng)力，p為水壓力，裂縫擴(kuò)展過(guò)程中p與裂縫張開(kāi)度相關(guān)，裂縫上x(chóng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的裂縫面兩側(cè)的2個(gè)點(diǎn)分別記為x+和x-，x點(diǎn)的裂隙張開(kāi)度w可表示為：

w=n? [uFEM（x+） -uFEM（x-） ]（4）

準(zhǔn)靜態(tài)擴(kuò)展裂縫內(nèi)的流體流動(dòng)滿(mǎn)足立方定律（動(dòng)量守恒方程）：

式中：q為流量；p為流體壓力。此外，裂縫內(nèi)流體還滿(mǎn)足局部質(zhì)量守恒方程：

?t

12μ（?s）

式中：μ為壓裂液的黏度。

含壓力的流體在動(dòng)態(tài)水力劈裂裂縫中流動(dòng)可用式（8）描述［22］：

ì

式中：ρ為流體密度；v為流體沿裂縫方向的流動(dòng)速度；p為流體壓力；ψ為黏滯耗散剪應(yīng)力。湍流和層流問(wèn)題可由式（9）計(jì)算：

式中：α、β為由試驗(yàn)確定的擬合系數(shù)，若流體為爆炸產(chǎn)生的高壓氣體，可分別取0. 1和0. 5［23］；ε為相對(duì)粗糙度。對(duì)于雷諾數(shù)不是特別大且裂縫擴(kuò)展速度適中的情況［22］，可忽略動(dòng)量守恒方程式（9）的慣性項(xiàng)，則有：

?t

?x（?x）

此外，縫內(nèi)流體還滿(mǎn)足整體質(zhì)量守恒方程，不考慮縫內(nèi)流體流失，則有：

式中：l為裂縫內(nèi)包含流體區(qū)域的長(zhǎng)度；裂縫臨界張開(kāi)位移w0處流量為Q0，裂尖處流量為0，即，q（0） =Q0，q（l） = 0。由此，可得沿裂縫曲面的水壓力分布p（s）的Lagrange插值近似表達(dá)式為：

式中：φi（s）為節(jié)點(diǎn)i的形函數(shù)；pi為節(jié)點(diǎn)i處的壓力；n為沿著裂隙劃分的計(jì)算單元數(shù)。

2 靜水壓力作用下重力壩裂縫水力劈裂擴(kuò)展分析

為了分析混凝土重力壩水力劈裂計(jì)算模型在靜水壓力下的計(jì)算效果，參照文獻(xiàn)［24］中混凝土重力壩進(jìn)行大壩斷裂過(guò)程分析，分析靜水壓力作用下重力壩開(kāi)裂過(guò)程。計(jì)算模型的壩高D=83. 1 m、底寬B=62. 3 m，計(jì)算地基的尺寸為寬302. 3 m、高90 m，壩體距壩基邊界120 m。壩體幾何形狀與建立的有限元計(jì)算模型見(jiàn)圖3，在可能開(kāi)裂區(qū)域內(nèi)劃分三角形單元并使用黏聚力單元模擬開(kāi)裂過(guò)程，在上游表面H0=25 m處設(shè)置了初始長(zhǎng)度a0=1. 0 m的水平裂縫?；炷链髩魏偷鼗牧霞梆ぞ哿卧幕玖W(xué)參數(shù)見(jiàn)表1，其中，混凝土采用雙線性軟化本構(gòu)模型曲線，巖石地基兩端設(shè)置法向約束，底部設(shè)置全約束，壩體-地基截面假定為其安全黏結(jié)條件。

計(jì)算中采用超載法分析靜水壓力下大壩的裂縫擴(kuò)展過(guò)程，計(jì)算中考慮靜水壓力、大壩自重和初始裂縫內(nèi)部水壓力。不同水頭下裂縫的最終計(jì)算得不同水頭壓力下的擴(kuò)展形態(tài)見(jiàn)圖4，由計(jì)算結(jié)果可知，壩前等效庫(kù)水位H=92 m時(shí)，裂縫開(kāi)始擴(kuò)展，隨著庫(kù)水位的升高，裂縫逐漸向下游擴(kuò)展延伸。H=92 m時(shí)裂縫最終的擴(kuò)展長(zhǎng)度a=9. 0 m，裂縫為水平裂縫；當(dāng)Hgt;94 m時(shí)，裂縫初始沿水平向擴(kuò)展，但隨著裂縫長(zhǎng)度增加，逐步發(fā)展為水平向下擴(kuò)展，壩前等效庫(kù)水位H=94、96、98 m時(shí)對(duì)應(yīng)的裂縫最終擴(kuò)展長(zhǎng)度分別為a=15. 8、18. 0、26. 3 m。

提取不同水頭下的裂縫口張開(kāi)、裂縫擴(kuò)展長(zhǎng)度對(duì)比見(jiàn)圖5，并與文獻(xiàn)計(jì)算結(jié)果對(duì)比，對(duì)比計(jì)算結(jié)果，可知不同工況下的裂縫口張開(kāi)位移（Crack Mouth Opening Displacement，CMOD）和裂縫長(zhǎng)度的計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)中所述規(guī)律一致。以上結(jié)果表明所提出計(jì)算模型在預(yù)測(cè)含水壓裂縫混凝土重力壩水力劈裂過(guò)程和斷裂軌跡方面的有效性。文獻(xiàn)［24］中采用了重劃分網(wǎng)格的計(jì)算模型對(duì)大壩在靜水壓力下的斷裂過(guò)程進(jìn)行模擬，該方法的計(jì)算量較大，本文采用的黏聚力模型結(jié)合水力劈裂流體變形單元可以更有效地提高大壩斷裂過(guò)程的模擬效果，同時(shí)，采用精度更高的COH2D4P單元對(duì)縫內(nèi)的水壓力模擬具有更好的效果。

3 地震作用下重力壩裂縫水力劈裂擴(kuò)展分析

以文獻(xiàn)中所述的碾壓混凝土案例進(jìn)行分析，以驗(yàn)證在地震荷載作用下所提出基于內(nèi)聚力的重力壩開(kāi)裂分析方法的可靠性。在上游表面H0處預(yù)設(shè)一條初始長(zhǎng)度為a的初始水平裂縫?；贓l0 Centro NS 1940地震輸入，圖6所示，在保證模擬精度的同時(shí)簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，采用底部加速度法輸入地震波，即在無(wú)質(zhì)量地基底部同時(shí)施加水平向和豎直向加速度時(shí)程曲線，實(shí)現(xiàn)地震荷載模擬。開(kāi)展重力壩在地震荷載下的動(dòng)力影響研究，El Centro 1940 NS地震的時(shí)程曲線，地震分析中積分時(shí)間步長(zhǎng)取Δt=0. 01 s。

本文考慮靜水壓力、重力、初始裂縫內(nèi)部水壓力和地震荷載作用，計(jì)算工況為壩前庫(kù)水位H=122"m，裂縫高程H=50 m，裂縫初始長(zhǎng)度a=1. 0 m，根00據(jù)初始裂縫內(nèi)部是否考慮靜水壓力計(jì)算2種工況，經(jīng)計(jì)算得到地震荷載作用下壩體的開(kāi)裂路徑見(jiàn)圖7。圖8a為文獻(xiàn)中相同工況下裂縫的擴(kuò)展軌跡，通過(guò)與本文的對(duì)比可以明顯看出，地震作用下的裂縫擴(kuò)展路徑相似，即初始裂縫向下游擴(kuò)展，并伴有輕微的向下彎曲。另外，在裂縫長(zhǎng)度方面，考慮初始裂縫內(nèi)含水壓力時(shí)，裂縫的最終擴(kuò)展長(zhǎng)度為36. 2 m，顯著大于不考慮水壓力時(shí)的29. 0 m，這說(shuō)明裂縫內(nèi)的水壓力會(huì)促進(jìn)地震過(guò)程中的裂縫擴(kuò)展，從而導(dǎo)致更大的裂縫長(zhǎng)度。將模型計(jì)算得裂縫口張開(kāi)位移CMOD與文獻(xiàn)中計(jì)算結(jié)果對(duì)比，見(jiàn)圖8b，可發(fā)現(xiàn)計(jì)算CMOD-Time曲線與文獻(xiàn)中描述結(jié)果相吻合，這表明模型計(jì)算得水力劈裂裂縫的擴(kuò)展規(guī)律與文獻(xiàn)計(jì)算模型一致。

通過(guò)本文所述方法可準(zhǔn)確計(jì)算出在地震作用下重力壩的開(kāi)裂路徑和裂縫擴(kuò)展規(guī)律，對(duì)比模型計(jì)算結(jié)果和文獻(xiàn)結(jié)果，驗(yàn)證了本文所提方法在地震荷載作用下的適用性和可行性。

4 水下爆炸作用下重力壩裂縫水力劈裂擴(kuò)展分析

為了驗(yàn)證本文提出的模型在模擬水下爆炸荷載作用下大壩水力劈裂斷裂過(guò)程，以文獻(xiàn)［25-26］中的重力壩水下爆炸離心機(jī)試驗(yàn)為例建立數(shù)值模型，以縮尺比n=80g為例建立了簡(jiǎn)化的二維水下爆炸模型，見(jiàn)圖9。其中，模型的壩前水位為500 mm，爆源深100 mm，起爆點(diǎn)距壩面20 mm，藥量為2. 186 g TNT當(dāng)量炸藥。結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用全約束，壩基后部采用法向約束，水域邊界設(shè)置無(wú)反射邊界條件，在壩體全域插入cohesive單元，各材料參數(shù)見(jiàn)表2。在ABAQUS/Explicit中模擬水下爆炸，利用聲學(xué)介質(zhì)邊界阻抗條件來(lái)模擬自由液面、固體-液體交界面的相互作用邊界條件，考慮到離心機(jī)試驗(yàn)中壩體初始應(yīng)力分布與原型試驗(yàn)中大有不同，在爆炸荷載輸入前，先進(jìn)行結(jié)構(gòu)在80g離心加速度下的應(yīng)力重分布計(jì)算。

圖10描述了大壩的爆炸毀傷斷裂過(guò)程，由計(jì)算結(jié)果可知，水中沖擊波對(duì)壩體造成的損傷十分嚴(yán)重，通過(guò)模型中Cohesive單元的失效描述了水下爆炸過(guò)程中壩體損傷的發(fā)展與分布情況。起爆后，沖擊波入射壩頭部位上游壩面，由于入射波峰值大，率先造成上游面發(fā)生較大面積破壞；隨后，隨著時(shí)間的發(fā)展，沖擊波在壩頭部位發(fā)生透反射作用，使得壩頭頂部和上游壩面發(fā)生大面積的拉剪破壞，甚至壩頭上游面出現(xiàn)層裂現(xiàn)象，導(dǎo)致壩頭局部破壞嚴(yán)重；此外，隨著水擊波的入射和壩體內(nèi)沖擊波的進(jìn)一步傳播，損傷向壩體下部擴(kuò)展，主要表現(xiàn)為拉剪破壞，特別是集中在壩踵部位，即壩體與壩基的交界面處，在0. 4 ms時(shí)壩踵出現(xiàn)裂縫并向壩體內(nèi)部擴(kuò)展延伸。

將本文計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)中數(shù)值模擬效果對(duì)比，其中本文最終毀傷模式見(jiàn)圖11，主要破壞模式包括：壩頂嚴(yán)重毀傷和壩踵開(kāi)裂。文獻(xiàn)采用RHT本構(gòu)模型和SPH粒子模擬了相同工況下的重力壩水下爆炸毀傷分布見(jiàn)圖11，其主要?dú)Ｊ桨▔雾攪?yán)重毀傷和壩身下部裂縫，其毀傷范圍和毀傷模式與本文計(jì)算結(jié)果基本一致。這說(shuō)明了本文提出的方法能夠通過(guò)黏聚力單元的失效有效模擬重力壩在水下爆炸作用下的破壞過(guò)程。

5 結(jié)論

基于混凝土重力壩斷裂力學(xué)模型，針對(duì)上游面壩體裂縫水力劈裂擴(kuò)展過(guò)程，分別開(kāi)展了靜水壓力荷載、地震荷載和水下爆炸荷載作用下壩體裂縫水力劈裂的數(shù)值模擬研究，研究結(jié)果表明：本文提出的混凝土重力壩水力劈裂計(jì)算模型在靜水壓力、地震荷載、水下爆炸荷載作用下對(duì)裂縫的分布和擴(kuò)展預(yù)測(cè)均具有較好的效果，黏聚力單元在模擬不同荷載下的裂縫張開(kāi)和擴(kuò)展行為均具有較好的表現(xiàn)。針對(duì)靜水壓力的裂縫擴(kuò)展過(guò)程，計(jì)算模型在起裂和失穩(wěn)的臨界判定具有較好的預(yù)測(cè)效果；針對(duì)地震荷載作用下大壩裂縫擴(kuò)展過(guò)程，裂縫的張開(kāi)閉合以及縫內(nèi)水壓力變化具有較高預(yù)測(cè)精度；針對(duì)水下爆炸荷載作用下大壩的主貫穿裂縫的模擬和預(yù)測(cè)表現(xiàn)優(yōu)異。該模型為計(jì)算混凝土重力壩在不同荷載作用下的水力劈裂穩(wěn)定性分析提供了理論參考。

參考文獻(xiàn)：

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