土石坝由于其特有的优点,在高坝建设中,选用坝型时更多会考虑到土石坝。随着工程技术日渐成熟,自上个世纪八十年代以来高土石坝的建设迅速发展。我国数座300m级的高坝已经在建设或设计中,这些高坝对设计提出了更高的要求。土石坝心墙拱效应的产生归根结底是由心墙与坝壳弹性模量之间差距过大造成的。心墙的弹性模量远小于坝壳,因此心墙沉降速度慢,沉降比较大;而坝壳沉降速度快,沉降较小。坝壳沉降完成后心墙还在继续沉降,而坝壳就会阻止心墙的这种运动,心墙受到坝壳支撑,坝壳就会承担部分心墙的重量,从而心墙应力减小,坝壳应力增大,这种现象就称为拱效应。心墙竖向应力的减小可能会导致心墙内产生裂缝,严重时可能导致水力劈裂。高心墙堆石坝在高应力水平的作用下,是否拱效应会比普通的坝更强烈,这都需要我们对其进行深入研究。弄清其蓄水前后拱效应特征以及拱效应影响因素有助于减轻拱效应,继而可以深入研究减小心墙水力劈裂发生的可能性。因此对高土石坝拱效应进行研究,对维护坝体稳定安全有着重要意义,为以后高坝工程的设计修建提供借鉴。本文选用邓肯-张模型作为研究心墙拱效应的本构模型,本文利用ANSYS的二次开发功能,成功将邓肯-张本构模型引入ANSYS中,实现了对坝体分层填筑过程的数值模拟。分析了瀑布沟砾石土心墙大坝蓄水前后坝体应力分布规律以及拱效应特征;并研究了在心墙土体泊松比、内摩擦角改变时坝体的应力分布规律,讨论了两者对心墙拱效应的影响,并用拱效应系数σy/γh来量化了这两个主要参数对心墙拱效应的影响程度。(1)一般来说心墙中下部拱效应较为强烈,同一高程心墙中部拱效应最弱,下游拱效应略强于下游,心墙中下部拱效应较为强烈;蓄水后心墙的拱效应情况也拥有上述特征,蓄水后心墙拱效应情况较蓄水前变化不大,心墙上游中下处拱效应较为强烈。(2)在分析了心墙土体泊松比ν=0.3、0.35、0.4时心墙的拱效应情况之后,得出结论:土体的泊松比越大,心墙拱效应系数越大,即拱效应越弱。因此在建造心墙堆石坝时应尽量选择泊松比大的筑坝材料,有利于降低心墙拱效应。(3)通过分析不同内摩擦角心墙的拱效应系数,可以得出:内摩擦角越大,心墙拱效应系数越小,拱作用越明显。因此高堆石坝在选择心墙材料是应遵循大泊松比小内摩擦角的原则。(4)对心墙不同粘聚力情况下的大坝进行分析后发现:心墙粘聚力对大坝应力变形及拱效应基本无影响。