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由于混凝土重力坝坝踵裂缝通常承受高水头压力作用,加剧裂缝扩展,对坝体安全极为不利。考虑坝踵裂缝面承受的水压荷载,开展重力坝坝踵裂缝扩展分析,对提高大坝运行管理及安全评估具有非常重要的工程意义。扩展有限元法是一种在不连续问题分析上具有独特优势的数值方法,可通过选择不同的增强函数构建位移场以满足具体问题的需要,使近似函数的形式与网格划分互相独立,避免裂缝扩展过程中的网格重构。本文应用扩展有限元法对在缝面水压作用的重力坝坝踵裂缝进行了数值模拟分析,其主要研究内容如下:(1)研究以断裂力学为基础的扩展有限元法基本原理,推导适用于水力劈裂分析的扩展有限元法控制方程;研究了考虑缝面水压荷载作用的应力强度因子计算方法及动态应力强度因子计算方法,并开发了计算程序。通过后续模拟结果与文献结论对比,证明本文计算方法的适用性和有效可靠性。(2)基于扩展有限元法,构建了在缝面水压作用下的重力坝坝踵裂缝数学模型。利用该模型对静水压力作用下,缝内水压分布形式、基岩与混凝土坝体的弹模比及初始裂缝长度对坝踵裂缝的影响进行了计算分析,结果表明:随着初始裂缝长度及坝基与坝体弹模比的增加,裂缝逐渐向坝基面扩展,裂尖应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ均逐渐增大;缝内水压的分布形式对应力强度因子产生的影响不可忽视,当缝面水压分布形式依次为均匀分布、线性分布、二次分布时,裂尖应力强度因子K_Ⅰ逐渐减小,K_Ⅱ逐渐增大,裂缝逐渐向岩基扩展。(3)结合扩展有限元法和Newmark隐式时间积分,对重力坝坝踵裂缝进行动态扩展分析,建立了考虑缝面水压力作用的重力坝坝踵裂缝地震断裂数学模型。利用该模型对地震作用下的坝踵裂缝扩展路径、等效应力强度因子时程变化及动态应力强度因子峰值进行了计算分析,结果表明:随着坝基与坝体弹模比的增大,裂缝扩展长度逐渐减小;缝面水压分布形式依次为均匀分布、线性分布、二次分布时,裂缝扩展长度逐渐减小;裂缝初始长度及缝面水压分布形式对等效应力强度因子波动周期的影响不明显,而随着坝基与坝体弹模比的增大,等效应力强度因子的波动周期减小。坝基与坝体弹模比、裂缝初始长度及不同缝面水压分布形式均对动态应力强度因子峰值有较大的影响,在大坝运行管理及安全评估中要引起足够的重视。