混凝土重力坝水压致裂分析：渗流-应力耦合效应

"裴磊和吴贞杰在2017年发表的论文《考虑耦合效应的混凝土重力坝水压致裂分析》中，深入探讨了混凝土重力坝在水压作用下发生裂缝的机理，尤其关注了渗流-应力耦合效应的影响。他们基于裂缝水力劈裂过程，导出了考虑这种耦合效应的控制方程，并通过ABAQUS软件的‘虚拟节点’功能进行了数值模拟。研究发现，裂缝张开位移和裂缝口的水压力在初期迅速升高至峰值后会逐渐降低并稳定，而这一过程受到注水流率、渗透系数以及液体动力黏度的显著影响。注水流率增大，峰值增大；渗透系数增大，峰值减小。此外，不同液体动力黏度也会影响裂缝的扩展模式。文章最后还分析了建基面上孔隙水压力和竖向位移的变化情况，这对于理解坝体稳定性及安全评估具有重要意义。该研究属于水工结构领域，对混凝土重力坝的设计和安全监测提供了理论依据。" 这篇论文主要涉及以下几个知识点： 1. **水压致裂**：指的是水库水压力导致混凝土重力坝出现裂缝的现象。在水压作用下，坝体内部可能产生裂缝，影响其结构稳定性。 2. **渗流-应力耦合效应**：是指库水与混凝土之间的相互作用，包括渗流（水分通过混凝土）和应力（坝体承受的荷载）两个方面，这两个因素相互影响，共同决定了裂缝的形成和发展。 3. **控制方程的强、弱形式**：在数学建模中，强形式是描述物理现象的微分方程，弱形式则常用于有限元分析，将边界条件转化为线性组合形式。在这项研究中，作者导出了考虑耦合效应的水压致裂控制方程的这两种形式。 4. **ABAQUS中的“虚拟节点”**：ABAQUS是一款强大的非线性有限元分析软件，"虚拟节点"技术允许在不增加实际节点数量的情况下模拟复杂的边界条件，提高了数值模拟的精度和效率。 5. **影响因素分析**：研究发现，裂缝张开位移和水压力的峰值受注水流率、渗透系数和液体动力黏度影响。注水流率增大，裂缝扩展更剧烈；渗透系数增大，裂缝扩展减弱；液体动力黏度改变会直接影响水分流动，从而影响裂缝扩展。 6. **孔隙水压力与竖向位移分析**：对建基面上这些参数的分析有助于了解坝体内部状态，预测潜在的稳定性问题，对于预防和处理裂缝的形成至关重要。 这篇研究在混凝土重力坝的设计和安全性评估中具有重要的理论指导价值，通过数值模拟方法，为实际工程问题提供了解决思路。