碾压混凝土坝上游面设短缝对温度应力的影响

1 引言 广西壮族自治区百色水利枢纽工程主坝为碾压混凝土重力坝,坝顶高程234.00m,顶宽10m,最大坝高130m,坝底宽约100m。坝体除基础垫层混凝土为R_(28)=20MPa的常态混凝土外,其余均为碾压混凝土。坝体上游面防渗体采用R_(180)=20MPa碾压混凝土,下游面164.00～220.00m高程设6m厚的R_(180)=20MPa的碾压混凝土,其余部位均为R_(180)=15MPa的碾压混凝土。根据枢纽布置要求和经过多方案比较,最后确定大坝横缝间距为27m,经计算分析,坝体上游面沿坝轴线方向拉应力仍然比较大。因此,为了优化设计,提出坝体上游面设短缝方案。本文采用三维有限元浮动网格法,按照设计施工进度安排和碾压混凝土浇筑温度,对坝段上游面设短缝和不设短缝方案分别进行了仿真计算。结果表明,坝段上游面设3m深短缝后,可以大大减小坝体上游面及附近的拉应力。     

碾压混凝土穿透型诱导缝不同扩展阶段的强度指标试验研究

在不同削弱度碾压混凝土轴拉试件的穿透型诱导缝周围粘贴了应变片，得到在不同应力状态下诱导缝应变发展规律为：在加载初期，离缝端不同距离的应变发展较为均匀，数值上相差不突出；随着荷载的增加，应变开始出现不均匀发展，离缝端越远，应变变化越缓慢；当接近最大荷载的阶段，缝端应变急速发展，试件瞬间断裂。应变从均匀发展变为不均匀发展，实质上隐含了诱导缝起裂、稳定发展、失稳断裂的整个过程，针对这一试验现象，结合断裂力学理论，建立了诱导缝不同开裂阶段的远场温度应力强度指标模型。     

碾压混凝土拱坝——中国的研究和实践

本文考察了中国在碾压混凝土拱坝施工中的研究和设计实践，包括：消除热应力和水应力的短人工缝的应用；高强度抗裂材料的应用；加固坝肩的措施；以及修建在软弱岩石基础上大坝的柔性拱概念。     

基于温度应力仿真的碾压混凝土拱坝诱导缝开裂分析研究

诱导缝作为碾压混凝土拱坝结构防裂措施,能否在坝体温度下降时率先开裂,以消散温度应力,是控制坝体温度裂缝的关键。应用大型有限元分析软件ANSYS,采用薄层实体接缝单元模拟诱导缝,考虑施工期至运行期全过程瞬态温度荷载,通过三维有限元温度应力仿真分析和诱导缝开裂情况分析对全部采用"诱导缝"分缝形式的某碾压混凝土拱坝进行可行性研究。结果表明:坝体高拉应力区设置的诱导缝,在做好缝端处理,消除诱导缝与地基接触部位应力集中的条件下,能够有效地释放坝体应力,保证坝体在温度荷载下的运行安全。仿真分析结果可为该碾压混凝土拱坝的温度控制、裂缝预测及其预防提供参考依据。     

考虑诱导缝的碾压混凝土重力坝控裂结构温度场与温度应力数值分析

同常态混凝土坝一样,碾压混凝土重力坝在施工期仍然存在温度应力问题,较大的温度应力会诱发不可控的温度裂缝,而在坝体中设置诱导缝,可使裂缝在已做好防护措施的诱导缝部位产生,以降低不可控温度裂缝的危害。针对碾压混凝土坝的温度裂缝问题,将诱导缝的优势与新研制的高流动防渗抗裂混凝土(High-fluidity Impermeable and Anti-cracking Concrete,HIAC)材料相结合,根据规范要求制定了设有诱导缝的碾压混凝土重力坝控裂结构方案,建立含有裂缝和HIAC的碾压混凝土坝有限元模型,实现了施工期温度场和应力场的仿真计算与分析。基于计算结果,以坝体上游防渗层施工期的主拉应力为指标,从时间和空间两方面对含诱导缝方案进行评价研究,并对控裂结构诱导缝的布置位置和长度进行了优化,从而得到保障应力释放效果、缝长更短以及施工简便的控裂结构方案。     

碾压混凝土重力坝人工短缝效果研究

文章介绍碾压混凝土重力坝设置人工短缝,对坝体上下面不同部位的左右岸方向温度应力的影响研究成果。切缝方式为:从坝的上游面顺水流方向切缝4.5 m,下游面切缝3 m,缝在大坝的高程方向是贯通的。计算时考虑的工况为运行期蓄水与施工期不蓄水两种方案,计算了切缝与不切缝的不同部位的温度应力,其成果可为切缝设计提供理论依据。     

天生桥二级水电站碾压混凝土坝的设计与施工

天生桥二级水电站碾压混凝土重力坝，对河床溢流坝和左岸非溢流坝，采用不同的结构形式。坝体结构简单，坝面“金包银”防渗层和坝体碾压混凝土采取各自相应的分缝分块形式。在防渗层缝端设置应力释放孔。对碾压混凝土坝体用钻孔法设置诱导缝。对碾压混凝土层间结合，除减少骨料分离和控制层面处理等措施外，在上游侧一定范围内铺水泥沙浆或细骨料混凝土以加强层面胶结性能。采用碾压混凝土筑坝比原设计的混凝土节约“三材”用量和工程投资，缩短了建设工期。     

三峡大坝应用碾压混凝土温度控制研究

三峡大坝部分采用碾压混凝土方案的温度控制是关键技术问题之一，根据三峡工程典型坝段（泄洪坝段和厂房坝段）“金包银”结构形式碾压混凝土方案，碾压混凝土性能试验资料和施工进度安排，详细分析研究了碾压混凝土的温度控制标准，施工期的温度状态和温控措施，大坝只设横缝不设纵缝，基础允许温差：强约束１１℃，弱约束区１３℃，为防止表面（层）裂缝，按不同月份控制最高温度：冬季２２℃，春秋季２６－３０℃，夏季节３３－３     

重力坝加高中减少结合面开裂措施的研究

由于气温年变化及新老混凝土温差的作用，混凝土重力坝加高后，新老混凝土结合面绝大部分将被拉开，使大坝整体性降低。本文提出了在新混凝土内进行横向分缝并在下游面进行永久保温的防裂工程措施，使结合面开裂面积大幅度下降，超载条件下的坝体应力显著改善。文中研究了缝端应力集中问题，结果表明，年温度变化影响较大的深度只有5m左右。当横缝深度超过6m时，缝端应力集中不显著，横缝不致于扩展。     

小湾拱坝诱导底缝的三维有限元分析

根据小湾水电站拱坝虚设结构诱导缝的实际工程要求，采用三维有限元和子模型方法分析研究坝踵处的应力、应变和变形特征，分析研究了设缝对拱坝整体结构的影响。研究结果表明，设缝后拱坝整体刚度略有降低，但对拱坝整体安全性影响很小；诱导缝位于拉应力区，可以起到释放拉应力的作用，可改善坝踵应力状态，综合考虑施工因素，设缝是合适的；蓄水后诱导缝处于张开状态，须确保止水可靠，以防水力劈裂；缝端廊道周边存在拉应力，局部己超过混凝土的抗拉强度，应加强配筋以限制裂缝开展；设缝高程处坝体有效截面减小，抗剪能力略有降低，但不致出现剪切破坏。     

有限厚度带键槽接缝单元及接缝对混凝土坝应力的影响

本文给出了有限厚度的带键槽三维实体接缝单元，它可以较好地反映接缝附近的应力和接触条件。文中分析了接缝的初始间隙问题，分析结果表明，经过灌浆以后，由于浆体收缩而产生的初始间隙是很小的，一般可以忽略。文中还分析了灌浆质量对坝体应力的影响，分析结果表明，只要浆体灌进了接缝，虽然浆体质量差一些，带有键槽的接缝对坝体应力和变形的影响是很小的。本文最后分析了横缝不抗拉对拱坝应力的影响，分析结果表明，这个问题与横缝受拉深度a和横缝间距L的比值a/L有关，a/L越大，横缝不抗拉对坝体应力的影响越大，此外，还与坝体厚度及气候条件有关。     

沙牌拱坝结构开裂及破坏机理研究

本课题是“九五”国家重点科技攻关项目——高碾压混凝土拱坝分缝与建坝材料研究中的一个研究子题,该子题针对沙牌碾压混凝土拱坝开裂问题进行研究。研究采用物理模型与数学模型相结合的方法,在物理模型中运用断裂力学理论模拟诱导缝的开裂相似,并采用光纤传感检测技术监测大坝及诱导缝的开裂破坏,获得了大坝的应力、变位及超载破坏过程和破坏形态。     

材料置换法改善拱坝应力集中的数值模拟

通过体型优化设计可使拱坝坝体以受压为主,当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度后,由于应力重新分布的作用,使局部区域的拉应力转变为压应力.以某拱坝为例,通过置换拉应力较大区域的混凝土为低弹模混凝土,使坝体以受压为主,充分发挥混凝土抗压强度高的特点,改善坝体的应力状态,提高坝体的强度安全性.采用有限元ANSYS10.0为平台,以坝高100 m的拱坝为计算模型,利用直接耦合法计算拱坝应力,得到拱坝在温升和温降工况下的应力分布状况,主要分析了对坝体拉应力不利的温降工况;采用低弹模混凝土置换坝体拉应力值比较大的区域,使置换区域的拉应力减小约50%,而压应力增加的幅度不明显,可以改善拱坝坝体拉应力集中现象,提高了拱坝的安全性.     

高拱坝的动力非线性分析

强地震时，高拱坝中上部因动力放大效应而成为抗震薄弱部位，各项段间的伸缩横缝难以承受较大的拱向拉应力而开裂，拱坝不能现视为整体结构而作线弹性分析。为此，以三维非线性接缝单元模拟坝体分缝，采用基于动态子结构理论的非线性动力分析方法，分析研究伸缩横缝对高拱坝地震反应的影响。研究表明，强烈地震时伸缩横缝反复张合引起显著的坝体应力重分布，大大减少开裂区附近的拱向拉应力而使坝体中部下游面的梁向拉应力有一定增加     

混凝土拱坝线性开裂随机分析与非线性强度分析

将拱坝坝体与地基当作一个藉连的体系，建立三维线弹性与非线弹性力学模型，引入随机变量，对该模型进行随机分析。结合某双曲混凝土拱坝的算例，给出了拱坝开裂单元的位置和开裂顺序，指出单元进一步开裂的可能性很小，坝踵处4单元开裂后，将使坝体应力状态得到改善，故在坝踵部位设置底缝等工程措施十分必要。算例还表明，在对拱坝进行应力分析时，可用线弹性开裂分析的应力结果代替非线弹性的分析。     

基于ANSYS的某拱坝坝体分缝形式研究

采用ANSYS有限元软件,对某水电站拱坝坝体无缝方案及3个分缝方案下的应力及变位特征进行了分析。结果表明:在正常运行期,无论坝体设缝或者不设缝以及设缝的类型和缝的组合情况如何,只要缝未开裂,对应坝体同一部位的应力及位移分布规律都是相似的;诱导缝及周边缝的设置对防止坝体出现过大拉应力导致坝面开裂有利,且对坝体稳定性影响较小;针对诱导缝区域出现的拉应力及变位错动,应做好灌浆后处理,以保证坝体的整体性。     

高碾压混凝土拱坝中的构造缝问题研究

为了控制施工期温降引起的坝体裂缝，国内外已建成的几座碾压混凝土拱坝普遍设置了诱导缝。我国在国家“八五”科技攻关过程中深入研究了诱导缝的作用和合理布置问题，提出了诱导缝等效强度计算模型和断裂判别式以及有效作用范围估计方法，为诱导缝设计提供了理论依据，并对高碾压混凝土拱坝设置少量横缝的作用和适用条件提出了依据。     

下诱导缝上横缝的碾压混凝土拱坝分缝设计

云龙河三级水电站碾压混凝土拱坝坝址为典型的"V"形狭窄河谷,由于采用了通仓碾压和连续上升的施工方式,合理的分缝设计对改善坝体应力条件、保证大坝安全尤其重要。结合云龙河三级水电站拱坝的特点,首次提出了"下诱上横"的碾压混凝土拱坝分缝新技术,该分缝设计可保证施工期低高程坝体联合抵挡汛期洪水,浇筑完成后在预定位置张开成缝以利于后期封拱灌浆。经计算分析,并通过实际施工过程及运行阶段验证,该分缝设计是合理的,可为类似工程提供借鉴。     

底缝对高拱坝地震反应影响的研究

作为减少坝踵部位拉应力的一个工程措施，在拱坝上游底部设置人工底缝已有４０年的历史，然而，强震时底缝对高拱坝抗震性能的地震反应影响的机理和程度，为人们所关注。本文首先通过大型地震模拟振动台的大比尺动力模型试验，比较验证基于显式有限元结合人工透射边界的波动模拟方法与动接触力理论相结合开发的大坝非线性波动分析方法和程序；继而采用经试验验证程序，研究小湾高拱模拟底缝的地震反应。结果表明：底缝影响是局部的，