Abstract
The modeling of uplift pressure within dam, on the foundation on which it was constructed, and on the interface between the dam and foundation is a critical aspect in the analysis of concrete gravity dams, i.e. crack stability in concrete dam can correctly be predicted when uplift pressures are accurately modelled. Current models consider a uniform uplift distribution, but recent experimental results show that it varies along the crack faces and the procedures for modeling uplift pressures are well established for the traditional hand-calculation methods, but this is not the case for finite element (FE) analysis. In large structures, such as dams, because of smaller size of the fracture process zone with respect to the structure size, limited errors should occur under the assumptions of linear elastic fracture mechanics (LEFM). In this paper, the fracture behaviour of concrete gravity dams mainly subjected to uplift Pressure at the crack face was studied. Triangular type, trapezoidal type and parabolic type distribution of the uplift pressure including uniform type were considered in case of evaluating stress intensity factor by surface integral method. The effects of body forces, overtopping pressures are also considered and a parametric study of gravity dams under the assumption of LEFM is performed.
전 세계적으로 많은 수의 크고 작은 댐이 사용되고 있으나, 콘크리트 댐의 안전성 평가에 있어서 댐 내에 필연적으로 존재하는 균열을 함께 고려한 실질적 해석은 아직 미진한 실정이다. 따라서 향후 건설될 댐에 대해서는 설계 단계에서부터 이러한 파괴역학적 해석이 뒷받침되어야 댐의 안전성 확보에 매우 유리하다고 볼 수 있다. 특히 댐 제체와 지반이 접하는 경계면은 많은 균열 발생이 예상되는 영역으로써 이 균열 사이에 작용하는 양압력의 모델링은 중력식 콘크리트 댐 해석시 매우 중요한 요소이다. 즉, 콘크리트 댐의 균열 안정성 평가는 정확한 양압력의 모델링이 선행되어야 올바른 예측이 가능하다. 댐에 있어서 양압력의 취급은 단지 댐 체제 안정성 평가를 위한 전형적인 수계산 방법으로 널리 사용되고 있으나, 양압력에 대한 유한요소 모델링 방법은 연구가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 중력식 콘크리트 댐과 지반이 접하는 부분에 발생된 균열에 양압력이 작용할 경우, 선형탄성파괴역학의 관점에서 접근하여 양압력이 응력확대계수에 미치는 영향을 비교 분석하였다. 양압력의 분포형상은 현재 등분포로 가정한 간략해석법으로 수행되고 있으나 최근의 연구 결과에 의하면 양압력 분포형상이 균열면에 따라 변화함을 보이고 있어, 본 연구에서는 수압의 형태를 등분포 형상 외에 삼각형 분포, 제형분포 및 포물선 분포 형상에 대해서도 각각 고려하여 각 분포형상별 응력확대계수를 평가하였다. 응력확대계수의 계산은 일반 8절점 등매개변수요소를 사용한 표면적분법을 사용하였으며, 자중의 영향 및 월류 수압의 영향도 함께 고려하여 해석 결과를 나타내었다.
