实验目的
水工建筑物课程是水利水电工程专业的核心专业课之一，课程的主要内容包括岩基上的重力坝、拱坝、土石坝、水闸、岸边溢洪道、水工隧洞、过坝建筑物、渠系建筑物、水利工程设计及水工建筑物管理等。其中，拱坝是坝工建设中的一种主要坝型，它具有体积小、工程量省、潜在安全度高、抗震性能好等特点，在坝型选择中优先考虑拱坝坝型已成为坝工建设中的一个重要的发展趋势。近些年来，我国兴建了一批高坝工程，如锦屏一级拱坝（坝高305m）、小湾拱坝（坝高294.5m）、拉西瓦拱坝（坝高250m）等，均是世界级高坝工程。
图1 锦屏拱坝
在教学任务中，拱坝的体型布置、大坝的荷载及运行情况等相关知识是坝工设计的重点内容，由于拱坝体型复杂，导致学生无法对拱坝结构产生直观的理解和认识。因此，拱坝结构模型实验成为认知拱坝结构特点的重要实践教学环节。
图2 拱坝结构模型实验
但是，在实际教学中发现，由于拱坝结构模型实验准备耗时长，实验受场地、台套数及实验材料的不可重复性问题的影响，实验多为演示实验，教学过程中互动较少、学生很难直观了解拱坝工作特点，拱坝模型自身也有其缺陷，如实验量测设备无法监测到拱坝上游侧受力情况等问题。
因此，本项目采用室内虚拟仿真实验的方法，研发了“拱坝结构模型虚拟仿真实验”，实验结合西部地区某高拱坝工程，该工程为典型的双曲拱坝工程，大坝坝高251m，总库容10亿立方米，项目实验数据来源于拱坝结构模型实验、有限元法分析、拱梁分载法等多种拱坝应力分析方法的计算成果，以及拱坝现场监测数据，虚拟仿真结果真实可靠。
项目实验内容包括：依托实际工程，对拱坝结构形式、运行特点等进行认知；结合实际工程，设计拱坝结构模型实验；根据实验结果计算拱坝应力，并结合其他拱坝应力分析方法，分析拱坝运行特点。
通过上述实验内容，实验目的如下：
1、通过虚拟场景中拱坝工程的浏览，充分认识拱坝的结构形式及运行工况；
2、通过拱坝结构模型实验原理的学习，在虚拟场景中自主设计拱坝模型实验，掌握拱坝结构模型实验方法；
3、在虚拟仿真实验中，通过模拟上下游水压力、泥沙压力、温度作用等荷载组合，完成对拱坝模型的加载，观察拱坝工作状态、运行情况等，得到拱坝的应力分布特点；
4、结合有限元法、拱梁分载法及拱坝现场监测数据，对多种拱坝应力分析方法的结果进行分析、论述。
图3 虚拟仿真大坝效果图
