拱坝设计与研究

朱伯芳教授，1928年10月出生在江西省余江县。1948年，他以优异成绩考入上海交通大学土木工程系。大学三年级分组时，他选择了市政组，希望这一生从事都市规划和建设工作，把都市建设得更加美丽。1950年淮河发生历史罕见的洪水，1951年他响应毛主席“一定要反淮河修好”的号召，来到安徽省佛子岭水库搞连拱坝设计，从此和水利结下了不解之缘，一干就是50年。50年来，他面向经济建设的实际需要，孜孜不倦，潜心研究，开拓创新，在我国开辟了混凝土温度应力、混凝土徐变理论、拱坝优化、仿真分析等新的研究领域，取得了一大批研究成果，在实际工程中得到了广泛应用。

第一章 概述

1.1 拱坝的发展

1.2 拱坝分类

1.3 坝址选择

1.4 设计条件

1.5 基本资料

参考文献

第二章 枢纽布置和泄洪消能

2.1　概述

2.2 拱坝枢纽布置

2.3 拱坝高水头大流量泄洪

2.4 拱坝消能技术

2.5 拱坝枢纽的高速水流问题

参考文献

第三章 拱坝体形设计与优化

3.1 拱坝的几何模型

3.2 拱坝体型的类型

3.3 拱坝的体形设计

3.4 拱坝体形的手工设计

3.5 拱坝体形的满应力设计

3.7 拱坝体形的单目标优化设计

3.8 拱坝体形的双目标优化设计

3.9 拱坝体形的多目标优化设计

3.10 拱坝的智能优化辅助设计

3.11 拱坝化中的表态分析与稳定分析

3.12 拱坝优化中的动态应力分析

3.13 拱坝体设计中的几个问题的讨论

3.14 拱坝体形的经验性评估

参考文献

第四章 拱坝静态应力分析——结构力学方法

4.1 概论

4.2 基础变位计算

4.3 悬臂梁计算

4.4. 拱圈计算

4.5 拱冠梁法

4.6 多拱梁法——五向协调

4.7 多拱梁法——四向协调

4.8 多拱梁试载法——三向逐步调整

4.9 多拱梁法——三向协调

4.10 泊松比影响的调整

4.11 混合法

4.12 坝体应力计算

4.13 算例

4.14 影响拱梁径向荷载分配的因素

4.15 多拱梁法与有限元法的耦合

4.16 非线性多拱梁法

4.17 圆拱弹性稳定性

第五章 拱坝静态应力分析——有限单元法

……

第六章 拱坝动态应力分析和抗震设计

第七章 拱坝抗滑稳定分析

第八章 拱坝基础处理

第九章 拱坝温度控制

第十章 拱坝细部结构与监测体系

第十一章 特殊拱坝

第十二章 关于拱坝应力控制标准和接缝灌浆时间的研究

参考文献2100433B

《拱坝设计与研究（精装）》全书共分十二章，主要内容包括：拱坝的枢纽布置、泄洪消能、体形设计和优化、静态应力分析的结构力学方法和有限单元法、动态应力分析和抗震设计、抗滑稳定、基础处理、坝体分缝、温度控制、细部结构、监测系统、特殊拱坝及应力控制标准等。《拱坝设计与研究（精装）》既有较高的实用价值，又有相当的理论深度。既阐述了各种实用的设计方法、施工措施和监测系统，又阐述了各种新的先进的拱坝结构形式、体形优化、新的设计和计算方法。《拱坝设计与研究（精装）》可供水利水电工程设计、施工、运行、科研人员使用，也可供高等院校有关专业师生参考。

序

前言

1概论

1.1高拱坝设计理论与工程实践现状

1.1.1拱坝建造历程

1.1.2拱坝设计理论的发展与现状

1.2小湾特高拱坝的设计与建造

1.2.1枢纽总布置

1.2.2工程建设及运行

1.2.3拱坝设计

1.2.4拱座处理

1.2.5拱坝混凝土特性与温控措施

1.2.6复杂高边坡整治

1.2.7高水头大流量泄洪消能

1.2.8超大型地下洞室群

1.2.9高水头大容量水轮发电机组

1.2.10高水头大型金属结构

1.2.11导截流工程

1.2.12监测与检测体系

1.2.13临建设施

1.3结语

参考文献

2坝基岩体工程特性

2.1研究坝基岩体工程特性的意义

2.2工程地质勘探与岩土试验

2.2.1工程地质勘察的任务及原则

2.2.2工程地质测绘

2.2.3勘探技术

2.2.4岩土测试技术及在小湾工程中的应用

2.2.5工程地质勘探及试验技术的改进与发展

2.3小湾工程地质环境

2.3.1区域构造背景

2.3.2岩体赋存环境

2.4天然状况下小湾岩体质量及评价

2.4.1岩体基本要素

2.4.2岩体的后期改造作用

2.4.3岩体结构特征

2.4.4岩体强度

2.4.5坝基岩体质量分级及强度参数

2.5工程作用下小湾坝基岩体特性

2.5.1随开挖卸载岩体质昔的演化

2.5.2岩体质量随大坝初期浇筑及灌浆的演化

2.5.3随大坝继续浇筑及水库蓄水岩体质量的演化

2.5.4岩体质量长期演化预测

2.5.5坝基岩体质量演化规律

2.6岩体质量动态评价体系

2.6.1表征岩体质量变化程度的指标

2.6.2岩体质量动态分级

2.6.3岩体松弛程度预测方法探讨

2.7小湾坝基及拱座岩体结构与稳定

2.7.1影响抗滑稳定的因素

2.7.2影响变形稳定的因素

2.7.3影响渗透稳定的因素

2.8有关问题讨论

2.8.1工程地质勘察方法与技术

2.8.2岩体质量时空特性及演化规律

2.8.3岩体质量评价体系

2.8.4松弛岩体特性与处理

参考文献

3拱坝混凝土特性

3.1混凝土的发展及实践

3.1.1混凝土的发展

3.1.2拱坝混凝土特性

3.2混凝土原材料性能

3.2.1水泥

3.2.2掺合料

3.2.3骨料

3.2.4外加剂

3.3混凝土配合比及性能

3.3.1常规试件混凝土

3.3.2全级配混凝土

3.4混凝土长龄期绝热温升

3.5氧化镁对混凝土长期安定性影响

3.6拱坝混凝土性能时空特性

3.7有关问题讨论

参考文献

4拱坝结构分析理论与方法

4.1结构分析方法类别

4.1.1物理模型试验方法

4.1.2数学模拟分析方法

4.1.3安全监测分析方法

4.2结构力学方法——拱梁分载法

4.2.1拱粱变位协调条件的选择

4.2.2荷载

4.2.3拱梁杆件分析

4.2.4拱梁整体分析

4.2.5应力控制指标

4.2.6小湾拱坝应力计算

4.3有限单元法——静力分析

4.3.1基本方程

4.3.2非线性问题

4.3.3混凝土与岩体的本构模型

4.3.4成果整理与应用

4.3.5小湾拱坝应力计算

4.4有限单元法动力分析

4.4.1基本方程

4.4.2自振频率及振型

4.4.3振型叠加法

4.4.4时程分析法

4.4.5库水与坝体的耦合

4.4.6地震动输入机制研究

4.4.7应力控制标准

4.4.8小湾拱坝动应力分析

4.5有限单元法——温度分析

4.5.1热传导方程及定解条件

4.5.2初始条件和边界条件的近似处理

4.5.3混凝土的热性能

4.5.4日照影响

4.5.5温度场的有限单元计算

4.5.6温度应力的有限单元计算

4.5.7小湾拱坝温度计算

4.6有限单元法——渗流分析

4.6.1基本原理与分析方法

4.6.2无压渗流自由面求解

4.6.3等效渗透张量

4.6.4裂隙岩体渗流/应力应变耦合模型

4.6.5防渗帷幕与排水孔幕模拟

4.6.6渗流量计算

4.6.7渗透力计算

4.7有限单元法——反演分析

4.7.1初始地应力反分析

4.7.2物理力学参数反分析

4.7.3反分析的回归分析方法

4.7.4反分析的人工神经网络方法

4.7.5小湾坝基岩体初始应力场反演

4.7.6小湾坝基裂隙岩体等效渗透张量反演

4.8有限单元法——不同网格间的数据传递

4.9复合单元法

4.9.1应力应变问题

4.9.2渗流问题

4.9.3温度问题

4.9.4小湾拱坝温度计算

4.10物理模型模拟方法

4.10.1模型试验的目的和意义

4.10.2模型试验的发展历程

4.10.3模型试验的原理和方法

4.10.4模型试验材料

4.10.5模型试验加载系统

4.10.6模型试验量测系统

4.10.7小湾拱坝地质模型试验

4.10.8小湾拱坝振动台动力模型试验

4.10.9小湾拱坝渗流模型试验

4.11安全监测分析方法

4.11.1监测统计模型

4.11.2监测确定性模型

4.11.3监测混合模型

4.11.4小湾拱坝监测资料分析与模型

参考文献

……

5拱坝体形设计与综合优化

6坝基及拱座稳定与工程处理

7拱坝温度控制

8拱坝细部结构设计

9拱坝安全监测系统与监控体系

10高拱坝时空特性 2100433B

本书在系统介绍高拱坝基本设计理论与分析方法的基础上，结合小湾特高拱坝的工程实践，重点阐述了坝基岩体及混凝土材料的物理力学特性、拱坝体形设计与综合优化、拱座稳定分析及工程处理、安全监测与安全监控、特高拱坝时空特性等。此外，还针对小湾拱坝出现的温度裂缝、坝基岩体开挖卸荷松弛、特高拱坝坝踵开裂风险防范等问题进行了专题论述。本书在传统设计方法的基础上有所突破和创新，提出了经过工程实践检验的、实用性较强的特高拱坝设计理念与方法。

拱坝是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物，借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。与重力坝相比，在水压力作用下坝体的稳定不需要依靠本身的重量来维持，主要是利用拱端基岩的反作用来支承。拱圈截面上主要承受轴向反力，可充分利用筑坝材料的强度。因此，是一种经济性和安全性都很好的坝型。

平面上呈拱形并在结构上起拱的作用的坝。拱坝的水平剖面由曲线形拱构成，两端支承在两岸基岩上。竖直剖面呈悬臂梁形式，底部座落在河床或两岸基岩上。拱坝一般依靠拱的作用，即利用两端拱座的反力，同时还依靠自重维持坝体的稳定。拱坝的结构作用可视为两个系统，即水平拱和竖直梁系统。

水荷载及温度荷载等由此二系统共同承担。当河谷宽高比较小时，荷载大部分由水平拱系统承担；当河谷宽高比较大时，荷载大部分由梁承担。拱坝比之重力坝可较充分地利用坝体的强度。其体积一般较重力坝为小。其超载能力常比其他坝型为高。拱坝主要的缺点是对坝址河谷形状及地基要求较高。

拱坝的基础处理要慎重对待。务必查明地质条件的薄弱环节。在工程措施上要不惜代价彻底解决。不能轻率处理。对水文、试验等工作应按规程规范办理，这样才能提高设计精度，不然将造成工程失事的遗留病害。所以应保证在安全的前提下求经济合理。

拱坝坝址地质条件，一般是上部岩石比下部差，左右岸岸坡均有软弱夹层。为了使拱坝传给基岩的推力分散，易于保持稳定，中小型拱坝工程，扩大其拱端尺寸，即将坝布置为变截面圆拱成大头拱坝是有效的。但相对于重力坝，拱坝对坝址岩石基础的要求相对重力坝要少一些。