碾压混凝土拱坝的发展与展望

近年来碾压混凝土拱坝在水利工程中得到了广泛应用,相应的规模也越来越大.首先简述了国内外碾压混凝土拱坝的发展概况;并以实际工程为背景,根据碾压混凝土材料、坝体分缝、坝体抗裂防渗以及施工技术等几个方面的工程实践经验,对碾压混凝土拱坝筑坝技术的最新进展进行了归纳和总结;最后从碾压混凝土材料、施工技术、拱坝的发展方向和仿真计算分析等方面探讨了碾压混凝土拱坝今后的发展趋势.通过对碾压混凝土拱坝设计、施工技术成熟经验的总结,将对碾压混凝土拱坝的建设具有指导和推动作用.     

高薄碾压混凝土拱坝设计创新与实践

碾压混凝土拱坝具有施工快、材料省、开挖小等优点,是适合高山峡谷地区的优秀坝型。但由于采用薄层碾压施工,层间强度低于本体、层面渗流问题突出,具有显著的各向异性的特性;且高碾压混凝土拱坝在一个枯水期难以浇筑完成,汛期需要临时成拱挡水度汛;碾压层面渗流问题较突出,坝体排水要求高。上述这些设计、施工难点成为制约该坝型进一步发展、推广的关键因素,需要有所突破。针对高薄碾压混凝土拱坝上述技术特点,依托三里坪、云龙河两座高薄碾压混凝土拱坝,研究提出了“强拱弱梁”的设计理论和方法、“下诱上横”组合式分缝、坝体立体网格排水系统等一系列创新技术。上述新技术已成功应用于工程实践,推动了碾压混凝土坝的技术进步,可供同行参考借鉴。     

沙牌碾压混凝土拱坝坝体分缝形式的结构特性研究

在碾压混凝土拱坝设计中，选择合理的坝体分缝结构与分缝位置是有效地控制坝面开裂范围和保证拱坝整体稳定性的关键技术问题。文章结合沙牌水电站碾压混凝土拱坝的实际，运用有限元数值分析方法对拱坝不同分缝结构的坝体应力及缝端开裂特征作了多方案研究，在比较了各分缝方案结构特性差异的基础上，对该坝体的分缝结构和分缝部位提出了建议。     

高碾压混凝土拱坝结构分缝及材料特性研究

高碾压混凝土拱坝结构分缝及材料特性研究是国家“九五”重点科技攻关计划的专题。依托目前世界上在建的最高的沙版碾压混凝土拱坝工程,研究解决坝体温度应力大,如何优化坝体结构分裂方案和提高筑坝材料的抗裂能力等问题。通过对诱导缝设置理论和方法的研究,全过程仿真温度计算分析,坝体开裂的机制和破坏形态探讨,重复灌浆技术和预埋冷却水管的温控措施研究,以及混凝土材料和配合比的优选等系统的攻关,为优质高速建成沙牌高碾压混凝土拱坝创造了条件,为推广应用于其他工程,形成100m以上高碾压混凝土拱坝的成套建设技术,保持我国碾压混凝土筑坝技术在世界上的领先地位作出了贡献。     

某碾压混凝土拱坝诱导缝应力与开裂研究

以四川木里河某水电枢纽工程为研究对象,对其碾压混凝土拱坝诱导缝应力及开裂进行研究。利用ANSYS建立三维有限元应力模型,计算得到坝体及诱导缝应力。根据双K断裂准则和混凝土虚拟裂缝理论,从断裂力学角度,利用无限大板穿透裂缝模型和无限大体深埋椭圆模型,计算出诱导缝的等效强度。计算结果表明,设置诱导缝减小了诱导缝附近坝面的温度应力,使坝体两侧的诱导缝受拉裂破坏对称,其拉裂破坏都发生在大坝浇筑完成后的冬季降温期。     

碾压混凝土拱坝诱导缝的断裂力学分析

用断裂力学方法从局部分析了碾压混凝土拱坝诱导缝的设置问题，以含典型诱导缝的坝段为对象，讨论了缝长与缝间距对诱导缝作用的影响，并提出了两种新型诱导缝方案，即诱导缝斜向布置方案和尖头诱导板方案。     

碾压混凝土拱坝诱导缝开裂试验研究

通过多组由深埋椭圆裂缝、深埋矩形裂缝和穿透裂缝3种型式形成不同削弱度的碾压混凝土试件轴拉试验，研究了试件的应力强度因子，分析了不同裂缝的应力强度因子计算公式。由于试件的断裂韧度与裂缝形式无关，假设深埋矩形预留缝试件的应力强度因子可以由深埋椭圆预留缝或穿透预留缝试件的应力强度因子通过修正求得，建立了矩形预留缝试件应力强度因子的近似解析表达式。考虑了尺寸效应后，求得碾压混凝土材料的断裂韧度。根据碾压混凝土拱坝诱导缝的构造特点，并考虑了相邻缝的影响计算出诱导缝开裂的等效强度。这一结果应用于沙牌碾压混凝土拱坝开裂计算的三维非线性应力场仿真计算中。     

碾压混凝土拱坝设人工短缝的应力释放及止裂作用

大仓面碾压混凝土拱坝横缝少，整体性好，仓面准备工作量少，浇注工艺简化，施工速度快，省水泥和温控措施，但施工期内外温差约束强，运行期均匀温降及温差应力大。拱结构研究表明：在上游坝肩拉力区设人工折缝，将折缝缝端置于低应力区，下游面拱冠设径向短缝，可以大大减少或消除温度和水压引起的拉力；从近缝两侧有限元节点位移差直接求得缝端应力强度因子，和缝端止裂措施组合韧性比较，可以保证人工构造缝的稳定。该设计已用于碾压混凝土工程，实测表明在超高水位下运行时人工短缝张开小于1mm，止裂措施后实测应变小于37个微应变，止裂效果好，人工缝保持稳定。     

考虑施工期至运行期全过程温度荷载作用的高碾压混凝土拱坝结构分缝研究

在碾压混凝土拱坝设计中,选择合理的分缝方案是改善坝体应力分布、保证大坝安全的关键技术问题。本文对万家口子碾压混凝土拱坝,根据碾压混凝土坝的实际成层浇筑过程和施工期的温度作用,通过三维有限元数值仿真计算,对设置8缝、10缝和不设缝情况下的坝体应力和位移分布规律进行分析和比较,并探讨了诱导缝的作用以及设置诱导缝的利弊。最后,确定了8缝方案为最优方案。计算结果表明,对坝体设置诱导缝可以有效的释放坝体应力。但坝体分缝条数不宜过多。     

高碾压混凝土拱坝分缝形式及破坏机理研究

本文结合四川沙牌碾压混凝土(RCC)拱坝,通过结构模型破坏试验,对RCC拱坝的分缝形式、坝体开裂与破坏机理进行研究,分析了诱导缝、横缝、周边缝等分缝形式对坝体的影响,确定了两条诱导缝加两条横缝的方案为选定方案。根据选定的分缝方案,探讨含诱导缝坝体的开裂破坏机理。研究中采用断裂力学理论,求得考虑尺寸效应的材料断裂韧度值和建立诱导缝的应力强度因子计算式,并通过分析断裂韧度与应力强度因子之间的关系,从理论上推导出诱导缝的开裂相似条件。据此提出在结构模型中模拟诱导缝的方法,在结构模型试验中实现对诱导缝的相似模拟,观察到坝体的开裂过程、破坏形态和破坏机理。试验结果已应用于沙牌拱坝工程的设计和施工中。     

碾压混凝土拱坝的铰结拱研究

本文介绍的碾压混凝土铰结拱式拱坝是在拱坝低温区中缝上设置混凝土塞，可以在水压作用下传递拱作用力而不明显增加坝体的应力，且能松弛拱坝运行期坝体混凝土温降引起的拉应力，可不必等待横缝灌浆即可蓄水，从而提前发挥工程效益.“铰结拱”已成功用于高百米以上、软基、高寒的某碾压混凝土拱坝，2000年10月水库已成功蓄水.     

碾压混凝土坝诱导缝设置及拱坝诱导缝等效强度

综述了国内外部分已建碾压混凝土拱坝和重力坝设置诱导缝的实例，以及在拱坝和重力坝中设置诱导缝的差异。介绍了我国碾压混凝土拱坝诱导缝的模型试验概况、诱导缝等效强度理论研究和数值计算的现状。     

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。     

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。     

中国碾压混凝土筑坝技术要点分析

自1986年建成第一座碾压混凝土坝——坑口坝以来，由于碾压混凝土坝建设速度快、造价低、质量可靠等特点，在我国得到了迅速发展。截至2006年年底，我国共建成碾压混凝土坝92座、在建34座。本文简要介绍了我国碾压混凝土坝发展和有关的主要技术特点，并对贫胶粗粒料（准碾压混凝土材料）筑坝技术进行了介绍。     

拱坝强度裂缝的定量研究

本文综述了拱坝强度裂缝的定量研究，给出了拱坝分载位移法、线弹性和非线弹性三维实体有限元法进行拱坝裂缝随机追踪的框图，给出了按线弹性三维实体有限元法进行拱坝裂缝产状随机追踪的框图，以及指定裂缝位置、按线弹性三维实体有限元法进行裂缝定量分析的框图。最后提出了继续进行拱坝强度裂缝定量研究应当考虑的若干问题。