拉西瓦水电站混凝土双曲拱坝温控防裂研究

拉西瓦水电站地处西北青藏高原,坝高库大,气候条件恶劣,气温年变幅大,大坝混凝土强度等级较高,骨料为砂岩,线膨胀系数大,混凝土的自生体积变形为收缩型,且大坝采用通仓浇筑、全年施工、全年封拱的施工方式,使得拉西瓦拱坝的温度控制成为影响大坝安全的关键之一。从关键控制部位、关键控制时间段、分层厚度优化及加快施工进度的关键措施3个关键点对拉西瓦拱坝温控进行研究,在大量分析计算的基础上,针对关键坝段提出了大坝基础约束区与非约束区混凝土的温控措施。     

软基上超长闸底板的防裂问题研究

通过北京市北运河拦河闸土基上超长闸底板大体积混凝土的温度应力仿真计算，论证了各种温度荷载（气温年变化、气温日变化、寒潮）以及水化热、自生体积变形、干缩等几种因素对混凝土内部应力的影响，并且在此基础上掺加ZY膨胀剂，计算ZY膨胀剂带来的应力补偿作用。结果表明：寒潮和干缩是带来混凝土表面裂缝的主要因素，如果不加强养护和保湿，表面裂缝很可能向内部扩展；掺加ZY膨胀剂可以有效降低混凝土中的拉应力，对防裂有利，是实现大体积混凝土超长无缝施工的有效措施。     

重力坝运行期年变化温度场引起的应力

气温和水温的年变化在重力坝内会引起相当大的拉应力，是重力坝在运行期产生裂缝的重要原因，但目前还缺乏一套实用的计算方法，笔者提出了一套计算公式，可用以计算不同表面保温条件下气温和水温年变化在重力坝内引起的应力并从而计算表面保温的效果。     

重力坝实测结果的重回归与相关分析

利用一个重力坝的实际观测资料，针对影响大坝变经和应力的两个重要因素水压与温度，对大坝变位及应力的影响进行了重回归和相关分析，分析结果说明，重回归方法，可以很好地将影响实测结果的各种因素分离，从而分析各种因素对坝体各变化量的影响，该重力坝的坝顶位移中温度变化引起的位移可达总位移量的1／3以上；温度应力在坝体总应力中占相当的比例，特别是坝踵的温度应力较大；温度应力除受气温度的影响外，拉应力主要起因于 最高温度起的温度下降，该大坝的拉应力主要来自于两次水管冷却引起的温除，纵缝中、下部由于接缝灌浆成为一体，能很好地传递压力，但在坝体表面附近，由于温度应力影响可能已经张开，不能传递水压荷载。     

埋藏式钢岔管与外围结构的联合作用分析

为了更深入地了解埋藏式岔管与外围结构联合承载的力学机理,采用三维有限元法对岔管与外围结构联合作用做了精细的力学仿真。尝试了一种新的模型,即设置回填混凝土网格,模拟钢岔管、混凝土、围岩三者之间的两道缝隙及其力学接触行为,考虑混凝土承载后的塑性变形特征。结果表明,岔管与外围结构在空间中的相互作用过程复杂:由于岔管与外围结构联合承载,使钢材强度得到了充分的发挥;回填混凝土未沿径向均匀开裂,基于此假定的力学模型值得商榷;回填混凝土变形应被充分重视,有些部位的压缩变形甚至大于结构间原始缝宽,不利于联合承载;两道缝模式得出的内水压力围岩分担率明显低于一道缝模式,后者可能高估了围岩分担率。研究成果为埋藏式岔管受力分析提供了一种新模式。     

不同缝面形态下诱导缝开裂效果对比研究

一些采用径向扭缝的碾压混凝土拱坝工程中,出现了诱导缝周边坝体混凝土开裂而诱导缝本身未张开的现象,因此需定量分析不同空间形态缝面对诱导缝开裂的影响效果。根据碾压混凝土拱坝应力变化特点以及诱导缝开裂变化规律,本文拟定含不同缝面空间形态的有限大平板和圆筒拱坝算例,利用虚拟裂纹闭合法和Richard脆性断裂准则获取空间缝面等效应力强度因子,研究缝面应力强度因子随缝面夹角的变化规律;通过对归一化后的应力强度因子求倒数,获取不同缝面夹角条件下诱导缝等效强度的修正系数即缝面空间形态影响因子,以反映不同缝面空间形态下诱导缝开裂效果。研究表明,随着缝面夹角的不断增大,缝面越不容易张开,这就意味着缝面的等效强度在逐渐增大。因此,在实际碾压混凝土拱坝设计中,诱导缝应尽量采用竖向垂直缝布置;若要布置成径向扭缝,则缝面夹角最大不宜超过10°。     

绿塘堆石混凝土拱坝施工期温度分析

贵州省绿塘水库堆石混凝土拱坝是第一座采取不分横缝整体浇筑的堆石混凝土拱坝,不仅取消了振捣/碾压,通水冷却,还取消分缝,极大简化了混凝土拱坝施工。为了研究绿塘堆石混凝土拱坝的施工期温度过程,开展了施工期临时温度监测,并综合分析了大坝永久温度监测系统获得的施工期温度、施工单位混凝土温度记录、当地气温历史记录等多种资料,论证了温度监测资料的可靠性,得到了一些基本认识。主要结论有:(1)堆石混凝土水化热温升低;(2)气候温和地区完全不采取温控措施的堆石混凝土工程,堆石入仓温度接近于日平均气温,高自密实性能混凝土(HSCC)入仓温度显著高于气温;(3)堆石混凝土入仓温度可以根据HSCC入仓温度与气温加权平均得到。绿塘堆石混凝土拱坝采取不分横缝整体浇筑,是成功的创新实践,可以在气候温和地区推广应用。     

基于应力-渗流-损伤耦合模型的重力坝三维水力劈裂数值模拟

裂缝的高压水力劈裂是混凝土高坝安全评估的重要部分。目前,重力坝水力劈裂的数值模拟绝大多数是二维的,对于坝体上游面经常出现的竖直裂缝的三维水力劈裂的数值研究几乎为零。本文提出一种应力-渗流-损伤耦合模型,用于混凝土重力坝三维水力劈裂的模拟。采用该耦合模型,模拟了一个内置裂缝的圆柱体试件的水力劈裂,数值结果与试验结果吻合很好,验证了所提耦合模型的合理性。在此基础上,采用该耦合模型,进行了国内某混凝土重力坝三维水力劈裂的模拟,数值模拟得到的损伤区域与设计院根据安全监测实测结果得到的范围基本吻合。研究结果表明:本文耦合模型可以方便、有效地进行重力坝三维水力劈裂的模拟,评估表面裂缝的危险程度。     

大体积混凝土防裂智能监控系统

为达到混凝土温控防裂的目的,并提高施工质量,研究开发了大体积混凝土防裂智能监控系统。该系统由感知、互联、分析决策和控制4个部分组成,可以实现原材料预冷、混凝土拌和、运输、入仓、平仓、振捣、通水冷却、表面养护全过程温控信息的自动感知、传输、互联、共享环节的智能控制,实现了基于互联网、物联网技术的温控防裂全要素、全过程管理。实际工程应用表明,该智能监控系统可实现现场温控实施情况的自动获取、准确掌握、实时评估、智能干预及决策支持,能有效提高混凝土施工的管理水平,防止裂缝的发生。     

RCC拱坝的封拱温度与温度荷载研究

在对RCC拱坝封拱温度与温度荷载特点分析的基础上,用4座不同坝高的RCC拱坝分别以坝体多年平均温度和由仿真分析计算得到的蓄水时的实际温度作为温度荷载的计算起点,用有限元等效应力法计算不同坝高的坝体应力,根据计算结果讨论不同坝高时RCC拱坝的封拱温度与温度荷载。计算表明,以多年平均温度作为封拱温度计算温度荷载与仿真方法计算的温度荷载的差距随着坝高的增大而增大。对于100m以上的拱坝应该用仿真分析的方法研究温度荷载,以确定真实的封拱温度;不进行二期水冷和封拱灌浆时,对于100m以上的高拱坝,要进行充分论证,一般坝踵可能会出现较大拉应力而引起坝踵开裂;对于RCC高拱坝应采用冷却水管和分缝相结合的方式,在蓄水前通过二期水冷使坝体温度下降到设计封拱温度后进行封拱灌浆,以减小运行期的温度荷载。