随着水利水电事业的蓬勃发展,我国兴建了大量重力坝,为国民经济发展做出了重要贡献。但是这些已建重力坝存在两个重要问题,一是高坝水力劈裂问题,二是坝踵应力监测值与设计值出入较大的问题,这两个问题引起了国内学者的广泛关注。本文针对这两个问题进行了相关研究,主要工作和创新性成果如下:(1)基于有限单元法提出一种应力-渗流-损伤耦合模型,用于重力坝水力劈裂的模拟,该耦合模型具有以下特点:(a)考虑了混凝土的应变软化特性、损伤对孔隙水压影响系数的影响、未损伤时应力对渗透系数的影响、损伤后变形对渗透系数的影响;(b)采用网格增强技术,使得断裂能的消散不受网格的影响;(c)考虑了水力劈裂过程中的四个耦合过程。通过单边缝正方形板、三点弯曲梁、1:40模型重力坝、Koyna重力坝开裂模拟及内嵌裂缝的圆柱体混凝土试件水力劈裂模拟,验证了本文耦合模型的正确性。(2)采用应力-渗流-损伤耦合模型,以Koyna重力坝为例,研究了水力劈裂效应对重力坝裂缝扩展路径、承载力的影响,数值模拟结果表明水力劈裂效应对大坝的结构响应有显著影响,考虑水力劈裂的影响,大坝承载力显著降低,大坝将更危险。以黄登碾压混凝土坝为例,研究了水头超载作用下,水平初始缝的位置、深度对重力坝水力劈裂的影响,数值模拟结果表明:考虑水力劈裂效应时,初始缝的位置、深度对重力坝裂缝扩展过程、最终轨迹、坝体承载力有显著影响。(3)采用应力-渗流-损伤耦合模型,以国内某混凝土重力坝为研究对象,进行了重力坝三维水力劈裂的模拟,研究了水平初始缝的位置,竖直初始缝的长度、深度、位置,坝体混凝土强度,蓄水后内外温差对水力劈裂的影响及斜初始缝的水力劈裂。数值模拟结果表明,初始缝的长度、深度、位置、坝体混凝土强度、内外温差对重力坝水力劈裂有显著影响,斜初始缝最容易发生水力劈裂,并且危害最大,水平初始缝抗水力劈裂的能力最强。(4)在全面分析监测资料的基础上,基于应力-渗流-损伤耦合模型,采用全过程仿真分析软件SAPTIS,以三峡重力坝泄洪2号坝段为例,研究了大坝施工期-运行期全过程的坝踵应力变化规律,仿真分析的结果与实测结果基本吻合,初步解释了坝踵铅直向应力的成因,表明该方法可以进行重力坝坝踵真实应力性态的研究。