近几年来,坝踵开裂机理研究被列为重点研究问题,国内外已进行了一些有益的探索,但坝踵裂缝位置、深度及其缝内水压分布形式对坝体的影响研究却不多。本文基于大型有限元仿真软件,以重力坝坝踵裂缝为研究对象,具体分析了不同裂缝深度、缝内不同水压分布类型、不同裂缝位置对坝体(特别是高坝)的静、动力特性影响,以及不同因素下坝体和裂缝的稳定性。本文主要开展了以下工作:(1)选择工程实例,建立二维重力坝数值分析模型,应用弹塑性理论分析对比坝体上游面坝踵附近的不同裂缝位置、不同初始裂缝深度、不同缝内水压分布类型下,对坝体的静力和动力特性影响规律。研究表明,初始裂缝距坝底越近、裂缝深度越大,坝体的自振频率就越低,对坝体的影响作用就越明显。裂缝缝面上有水压时,对坝体的静、动力特性及其稳定性影响也很显著。(2)应用刚体极限平衡法和有限元法,计算不同裂缝深度和位置时,坝体的抗滑稳定安全系数。分析结果表明,当裂缝开裂时,裂缝尖端附近的点安全系数较无裂缝时偏低,并且点安全系数和整体安全系数将随着裂缝开展深度的增大而降低,当裂缝开展到一定程度,且缝面作用水压力时,将严重影响坝体的安全度,并且初始裂缝出现的位置越高,坝体沿裂缝所在断面的抗滑稳定性越差。(3)应用断裂力学中复合断裂理论,研究不同裂缝深度,裂缝位置和缝面不同水压分布时裂缝的稳定性。结果表明,初始裂缝出现的位置越低,裂缝越易向前扩展;建基面上的裂缝稳定性最差,对坝体的安全系数影响最大。缝面上作用全水头水压时裂缝尖端等效强度因子最大,水力劈裂效应最显著,其次是三角形水压分布。裂缝开展较小时,无论在何种水头作用下裂缝都相对稳定,但当裂缝扩展到一定程度,即使在三角形水压作用下,裂缝稳定性也变差。