基于FLAC3D的碾压混凝土重力坝温度应力模拟分析

温度作用下碾压混凝土重力坝局部出现拉应力,导致坝体产生裂缝,影响坝体施工质量。基于有限差分软件FLAC3D,将坝体温度场和应力场进行耦合计算,模拟重力坝在施工和运行中坝体温度应力场。结果表面:在坝体施工过程中,坝体内外局部位置温差较大,在坝顶和坝体迎水面会形成较大的拉应力。在坝体运行过程中,影响坝体温度的因素主要为季节气温和水温,而夏季温度场对坝体稳定性不会造成影响。冬季坝体表面温度较低,而此时水的浸润作用减弱,坝体内外温差加大,在坝体背水面会形成局部拉应力集中,对坝体稳定性造成影响,所以在混凝土重力坝冬季运行过程中要采取一定温控措施,防止混凝土开裂。     

龙华口碾压混凝土重力坝表面永久保温对施工期温度应力的影响

龙华口碾压混凝土重力坝位于寒冷地区,冬季坝体内外温差大,易产生较大的拉应力而导致表面开裂.现结合大坝工程实际施工条件及进度安排,通过三维有限元仿真分析,主要研究了浇筑进度和表面永久保温措施对施工期大坝混凝土温度应力的影响.仿真分析结果表明,施工进度安排对大坝温度应力有较大影响,采取大坝表面永久保温措施可显著减少坝体内外温差,有效控制大坝温度应力,为施工期温控设计提供了参考依据.     

高寒地区碾压混凝土坝温度应力跟踪及蓄水影响分析

由于高寒高海拔地区年平均气温低和年温差较大,混凝土坝易出现温度裂缝。文章依托高寒地区某碾压混凝土重力坝,采用全过程仿真模拟的方式对该坝蓄水前温度应力进行复核。结果表明,内部点最大应力和最小安全系数出现的时间均在蓄水达到准稳定温度场时,常规通水冷却措施可满足坝体的温控防裂需求。基础附近表面混凝土安全系数较小,由于高寒地区冬季最低温度明显低于蓄水温度,坝体表面最危险时刻出现在施工期,蓄水前的温控防裂措施未明显改善坝体的温度应力状态,碾压混凝土温控防裂重心应在施工期,蓄水前须做充分的裂缝检查和修补工作。     

严寒地区碾压混凝土重力坝越冬层面混凝土防裂措施

随着混凝土技术的不断进步,碾压混凝土重力坝以其施工速度快、工程造价低、易于大型机械设备作业等优势逐渐发展起来,并得到了广泛的应用。但是碾压混凝土重力坝的弊端也日渐凸显,尤其在严寒地区许多坝体越冬层面出现大规模裂缝,甚至出现漏水现象,裂缝的存在大大地降低了水坝的抗渗性、安全性、完全性以及使用寿命。研究表明,温度应力是碾压混凝土重力坝越冬层面产生裂缝的主要原因,由于受严寒地区恶劣的气候条件和越冬期间停工的影响,越冬层面容易形成较大的上下层温差和内外温差,从而在越冬停浇层面和上下游表面附近产生较大的拉应力,更增加了碾压混凝土重力坝温度控制和防裂难度。同时,坝体材料、施工技术和坝体结构设计都是裂缝产生的关键原因。针对碾压混凝土重力坝发展现状和成因进行分析,并提出预防裂缝的相关措施。     

东北地区某碾压混凝土重力坝溢流坝段温控防裂研究

东北地区冬季气温很低且寒潮频繁,新建碾压混凝土重力坝因内外温差作用而容易出现开裂的问题。针对这一问题,文中以东北某碾压混凝土重力坝为研究对象,利用有限元软件ANSYS对其溢流坝段开展温度控制研究。模拟结果表明:大坝溢流坝段的稳定温度为6～8℃;坝体内部强约束区混凝土温度基本在18.0～23.6℃范围内;3个方向的最大应力基本满足防裂要求。研究成果可为碾压混凝土重力坝溢流坝段施工期相应的温控措施和防裂设计提供理论基础和技术支持。     

碾压混凝土重力坝施工期温度回升影响初探

混凝土重力坝在浇筑并通水冷却后,经常会出现明显的温度回升现象,高掺粉煤灰常态混凝土和碾压混凝土尤为明显。为了评价温度回升对混凝土重力坝的影响,以某在建碾压混凝土重力坝为研究对象,对计算参数进行反演,对温度和应力过程进行反馈和预测,研究温度回升对大坝温度应力的影响和相应处理措施。研究结果表明,温度回升会造成一冷结束后内部温度反弹,如果不加干预,将使入冬或蓄水时内部温度处于高位,造成内外温差过大;温度回升甚至导致内部温度回升至超过一冷最高温度,出现新的峰值,造成基础温差增大。因此,施工期应高度重视混凝土内部温度回升现象,针对可能存在的温度回升阶段,及时采取通水冷却等控温降温措施,确保内外温差和基础温差满足设计要求。     

碾压混凝土重力坝有保温层的温控计算

为降低温度荷载对大坝施工质量的影响,选取碾压混凝土重力坝引水坝段作为典型坝段,采用三维有限元软件仿真模拟大坝的施工过程,重点分析了施工期采取控制浇筑温度、在上、下游坝面和长间歇仓面布置聚苯乙烯泡沫塑料保温层等温控措施对坝体温度场及应力场的影响。结果表明:采用这些温控措施能够降低垫层处新、老混凝土的温差及冬季坝体的内外温差,减小坝体的主拉应力。     

碾压混凝土坝小温差的中后期通水冷却

通水冷却是减少碾压混凝土坝温度裂缝的主要措施，但通常后期冷却即在混凝土龄期１２０ｄ后快速降低水温，容易引起较大的自生应力和拉应力，小温差冷却可将中后期冷却开始时间提前，有效降低温度应力。但不同中后期通水冷却方式产生的温度应力相差较大，如何将小温差方式合理运用在坝体中后期冷却中需要精细分析。运用自行开发的浮动网格法三维有限元温控仿真程序对碾压混凝土坝的小温差中后期冷却方式开展研究。结果表明:当采用小温差的中后期通水冷却时，坝体温度和温度应力明显降低。当混凝土龄期结束后立即开始通水冷却，并且在中后期冷却时开展多档通水冷却，缓慢降低通水温度，可有效降低坝体温度和温度应力，为实际工程提供有利参考。     

通仓浇筑常态混凝土和碾压混凝土重力坝的劈头裂缝和底孔超冷问题

不少重力坝在上游面产生了几十米深的严重劈头裂缝，首次指出这与通仓浇筑有密切关系，由于坝内没有纵缝，因而没有接缝灌浆前的二期水管冷却，水库蓄水时，坝内温度仍然很高，而水温较低，产生了较大的内外温差，使得在施工过程中上游面已出现的表面裂缝扩展成为深层劈头裂缝。目前，碾压混凝土重力坝的高度不大，似乎还没有报导过严重劈头裂缝，但碾压混凝土重力坝也是通仓浇筑的，没有二期水管冷却，今后随着坝高的增加，对碾压混凝土重力坝产生劈头裂缝的问题也应给予重视．对于通仓浇筑的常态混凝土重力坝和碾压混凝土重力坝，由于基础约束区域扩大，底孔超冷可能产生巨大的温度应力，并引起严重裂缝．为了防止裂缝，需要采取严格的温度控制措施．针对三峡大坝通仓浇筑方案，进行了详细的计算分析，计算结果证实了上述判断．     

寒冷地区碾压混凝土坝施工期的温度控制

１引言在我国北方地区，夏季炎热、冬季寒冷且持续时间长，多年平均气温一般多在１０℃以下，夏季最高月平均气温多在２０℃以上，而冬季最低月平均气温多在－１０℃以下，气温年内变幅大，昼夜温差大且寒潮频繁．北方碾压混凝土坝每年４～１０月为施工期，冬季停止混凝土施工，这种间歇式的施工方法及恶劣的气候条件使其具有独特的温度应力时空分布规律，更增加了碾压混凝土坝温控与防裂的难度．理论计算和实践均表明，碾压混凝土坝温度应力是导致坝体裂缝的主要因素，其他荷载所引起的应力与温度应力相比相对较小，温度应力起着控制作用．…     

寒冷干旱地区高碾压混凝土坝裂缝成因分析

某高碾压混凝土重力坝地处寒冷干旱地区,施工中在其底部基础区发现裂缝。采用有限元法对裂缝坝段混凝土温度及应力变化过程进行了仿真分析。结果表明:混凝土应力与温度变化呈明显的负相关性,在混凝土升温阶段坝段内部应力以压应力为主,达到最高温度开始降温后逐渐出现拉应力区;持续时间在2 d以上的连续降温对混凝土表面的危害较大;混凝土表面保温对削减寒潮冷击的作用比较显著,能有效防止混凝土开裂。     

基于裂缝控制技术及配合比优化设计的混凝土应用研究

大体积混凝土浇筑后内部温度上升幅度较大,水泥水化热集中且自然散热缓慢,较大的基础温差和内外温差引起较大的温度应力,使得混凝土极易开裂。为有效控制坝体混凝土裂缝,文章提出了混凝土重力坝包括原材料选择、施工进度安排、坝面保温、内外降温及坝体预留缝结构措施综合防裂技术体系。研究表明:综合防裂措施能够避免大体积混凝土重要裂缝的产生,表面裂缝数量大幅度减少,达到了混凝土大坝预期防裂目标,技术先进且经济合理。研究成果对混凝土大坝温控防裂设计施工具有重要意义,推广应用前景广阔。     

碾压混凝土重力坝通水冷却仿真分析

碾压混凝土重力坝采用干硬性混凝土和薄层碾压方法施工,易受高气温、强烈日晒等环境因素影响,加大了我国南方地区碾压混凝土重力坝温度控制难度。以大型有限元软件ANSYS为平台,考虑通水冷却措施,对碾压混凝土重力坝进行全过程仿真计算。根据温度场及应力场计算分析结果,在采取通水冷却措施后,坝体温度及应力得到有效控制(最大应力约0.75 MPa),但根据应力历程曲线,建议实际工程中做好坝体表面冬季保温措施。     

高海拔气候环境下碾压混凝土重力坝施工期开裂风险分析

DG水电站位于高寒高海拔地区，气候环境复杂。为研究施工期碾压混凝土温控防裂问题，选取DG水电站厂房坝段为研究对象，采用三维数值仿真模拟技术进行施工期大坝温度场和温度应力计算，以及气温骤降、昼夜大温差对坝体影响的敏感性分析。研究结果表明：气温骤降、昼夜大温差在坝体表面分别产生约1.4,0.9 MPa的拉应力，易在坝体表面引起裂缝；为了减小由此引发的混凝土开裂风险，采用混凝土表面保温防护措施之后，坝体表面温度应力相应得到显著改善，拉应力分别减少至约0.3,0.4 MPa。     

观音阁水库碾压混凝土坝底孔设计

观音阁水库大坝均采用碾压混凝土施工。泄水底孔坝段设2个底孔,采用通仓、薄层以及与其他坝段联合碾压连续上升的快速施工方法。针对碾压混凝土的特点,对底孔结构布置、结构分析及底孔细部设计作了初步探讨,比较后选用了长压力管道方案。其特点是在碾压混凝土坝内开设大型孔洞。计算分析认为:底孔坝段碾压混凝土结构布置,不影响底孔型体选择和泄流能力,坝体最大主压应力小于2.0MP a,坝体内部碾压混凝土强度满足应力要求。在外荷载作用下,孔口最大拉应力为1.0～2.0MP a,符合常态混凝土坝孔口分布规律。机械激振力对底孔结构不产生破坏性影响。     

严寒地区某碾压混凝土重力坝温度应力仿真分析

根据工程浇筑计划及温控措施,以东北地区某碾压混凝土重力坝挡水坝段为研究对象,基于温度场和应力场三维有限元分析,对大坝整个混凝土施工期及运行期进行仿真计算。分析得出基础约束区和中部的坝体温度应力基本在混凝土允许拉应力以内,坝顶处温度应力偏高,超出允许拉应力控制标准;建议施工过程中做好越冬面的保温措施,坝顶应力偏高区域采用钢纤维混凝土,增加材料抗拉、抗冻等性能,以防止坝体出现裂缝。研究结果可为类似严寒地区碾压混凝土重力坝设计和施工提供参考借鉴。     

寒潮条件下碾压混凝土拱坝温度应力仿真研究

温度裂缝会影响混凝土坝的安全运行,而施工期遭遇寒潮是引起坝体表面裂缝的主要原因之一。为了研究寒潮对碾压混凝土拱坝温度和应力的影响以及坝体表面保温措施的保温效果,采用有限元法对有、无寒潮以及采取表面保温措施3种工况进行了仿真计算研究。结果表明:寒潮发生时,坝体内外最大温差为36.3℃,最大温度应力为2.14 MPa;采取表面保温措施后,最大温差降到25.8℃,最大温度应力减小到1.12 MPa。在坝体内部,温度和应力变幅均不大。寒潮影响的深度仅为0.8 m。可见,寒潮在坝体表层混凝土引起了较大的温降和温度应力,采取表面保温措施可以显著减小寒潮对坝体的影响。     

龙开口碾压混凝土重力坝温度与应力仿真分析

采用有限单元法对龙开口碾压混凝土坝9号泄流中孔坝段施工期和运行期的温度场、应力场进行了全过程仿真分析,应力计算考虑了坝体自重、静水压力、温度荷载、随龄期而变化的混凝土弹性模量、混凝土徐变等因素。仿真结果表明:坝体泄流孔口在施工期形成了3~4 MPa的高拉应力,但运行期后应力减小至2 MPa;坝体上部由于在夏季浇筑温度较高,温降后形成的大温差产生了较高拉应力,但10 a后应力状态改善;大坝除坝踵处出现应力集中外,整体压应力水平小于2 MPa;孔口附近及大坝整体的应力状态是基本安全的。     

孔口坝段高温季节施工温控防裂研究

针对高温季节施工的孔口坝段孔口部位的牛腿混凝土最高温度超标以及牛腿与坝体主体混凝土温差过大的问题，以某拱坝孔口坝段为例，用三维有限元仿真分析方法对其进行了研究。结果表明：虽然牛腿部位最高温度严重超标，但应力并未超标，其最大应力发生在牛腿与坝体交界处；孔口顶板混凝土较底板和侧墙有较大开裂风险，其应力主要为横河向应力。因此，牛腿相对于大坝主体混凝土而言，温度控制标准可适当放宽；可通过加大顶板第一层混凝土的厚度、减小顶板上层混凝土厚度的方法，达到减小顶板横河向超标应力的目的。     

试论碾压混凝土重力坝的温度控制

碾压混凝土重力坝由于采用高掺量粉煤灰混凝土快速施工,因而其坝体内部温度变化规律与常态混凝土重力坝有所不同,温度应力的形成过程也有所差异。因此其温度控制不能完全沿用常态混凝土重力坝的老模式,相对而言,可以简化得多。本文从分析碾压混凝土温度变化规律着手,提出一些可行的温控方式和某些温控标准,作为设计碾压混凝土重力坝的参考。由于水平和资料所限,文中某些观点不一定正确,只是抛砖引玉,以推动这方面的实质性研究,促进碾压混凝土筑坝技术更快发展。