拱坝横缝的张开温度及其应用

拱坝横缝工作性态是评价大坝全生命周期性能的重要组成部分,利用温度值对其特性开展研究并实现对其控制,具有重要的实际价值。本文通过分析实际工程数据,总结了拱坝横缝随坝块混凝土内部温度变化的规律。定义了拱坝横缝的张开温度并推导了其计算方法,阐述了横缝张开温度在实际工程中的具体应用。结果表明：横缝张开温度可作为判断横缝工作性态的重要指标,并以此为依据为工程提供个性化优化措施,达到精准控制横缝张开时机及张开量的目的。     

金沙江溪洛渡高拱坝建设的关键技术

西部水电开发高拱坝建设须要处理好地形和地质条件研究、枢纽布置、抗震安全、体形和结构设计、基础处理、泄洪消能、混凝土质量控制与温控防裂,以及水生生态环境影响研究等关键技术问题。溪洛渡拱坝通过各设计阶段对岩石力学关键技术问题的不断深入研究,使拱坝和基础具有良好的工作性态;通过坝体混凝土分区,使混凝土力学性能很好地适应坝体应力分布;通过混凝土原材料优选和配合比优化,使混凝土热力学性能很好地满足拱坝强度、耐久性和温控防裂要求;通过采取严格的温控措施,尽量做到杜绝危害性裂缝的产生,提高拱坝的整体性;通过采取先进的施工设备、科学的试验检测手段和合理的施工工艺,保证了混凝土浇筑质量的均匀可靠。基于全寿命周期理论的溪洛渡"数字大坝"的建设与实践,为混凝土温控和接缝灌浆等施工过程控制提供有力支持,保证拱坝的施工质量和工作性态。     

外掺MgO混凝土不分横缝快速筑拱坝仿真分析

外掺MgO混凝土不分横缝快速筑拱坝是一项新的筑坝技术，广东省阳春市长沙拱坝是国内、外全面采用该项技术建成的第一座拱坝。本文采用了一种新的考虑温度历程效应的MgO微膨胀混凝土仿真分析模型，根据实际观测资料对长沙坝进行了有限元仿真分析，并对坝体运行过程中出现的裂缝成因进行了初步研究，同时研究了掺入MgO以后混凝土自生体积膨胀对拱坝应力状态的改善效果。仿真结果表明，外掺MgO混凝土可以补偿坝体温度拉应力，对这一类中小型拱坝不分横缝，简化温控措施，通仓连续快速浇筑施工，缩短工期。     

特高拱坝施工期温控防裂问题的探讨

本文结合特高拱坝施工期温控防裂的自身特点,从混凝土的真实抗裂能力、大坝水管冷却时的几个关键部位及关键时段,以及影响大坝温度和应力的几个关键因素等几个方面进行深入的分析和全面阐述,提出特高拱坝温控防裂所需要的考虑时、空温控效应的冷却思路与方案.最后.结合我国某特高拱坝施工期的实际温控方案.对比分析了增加中期冷却和增加过渡区后的温控效果,进一步验证了特高拱坝需要采用"个性化、精细化和信息化"温控设计理念的必要性和合理性.     

低热硅酸盐水泥大坝混凝土施工关键技术研究

低热硅酸盐水泥(简称低热水泥)混凝土早期强度发展缓慢,其施工工艺、施工进度、温控措施及其效果等方面与中热水泥混凝土有较大差异。为了论证高拱坝采用低热水泥混凝土的可行性,2013年6月在溪洛渡拱坝30号、31号坝段开展了低热水泥大坝混凝土施工关键技术研究,结果表明,与常规的中热硅酸盐水泥(简称中热水泥)混凝土相比,低热水泥混凝土冲毛时间延后16~20 h、拆模时间延后约24 h,但因大坝混凝土浇筑备仓时间通常在7~10 d左右,采用低热水泥混凝土对拱坝施工进度无影响;在浇筑温度、水管间距、一期通水水温和通水流量基本相同的条件下,拱坝混凝土最高温度采用低热水泥可比中热水泥降低4.6℃,封拱灌浆后的温度回升也较中热水泥混凝土低1.2℃;其他条件相同时,低热水泥混凝土的最大顺河向应力比中热水泥混凝土减小19%?65%,抗裂安全系数普遍提高且均大于2.0;拱坝低热水泥混凝土坝段横缝可以张开,接缝灌浆注入量与中热水泥混凝土坝段相近。截至目前,溪洛渡拱坝采用低热水泥大坝混凝土浇筑的30号、31号坝段尚未发现任何裂缝,低热水泥大坝混凝土施工质量和温控防裂效果优良。     

基于虚拟裂缝模型的带横缝高拱坝的抗震性能研究

针对国内某高拱坝,基于Hillerborg断裂力学理论的混凝土本构模型,采用constraint-function的接触算法,考虑大坝的横缝和诱导缝,建立三维坝体-地基动力相互作用分析模型。选取不同地震波,对模型进行非线性动力时程分析,研究地震过程中混凝土坝体拉-压交替的受力规律以及动力损伤的开裂过程,分析横缝和诱导缝在地震中开合往复的工作性态。研究方法和研究成果对评价高拱坝的抗震性能提供一种有效的方法。     

汶川地震中沙牌拱坝坝体分缝开裂分析

采用基于接触力方法的接触非线性模型研究沙牌拱坝横缝和诱导缝在汶川地震中的工作性态,同时计入地基辐射阻尼效应。对横缝和诱导缝取不同强度的组合进行多方案的对比计算,从上游坝顶张开度时程、最大张开度数值以及最大张开度分布三个方面进行较为全面的分析,对解释汶川地震中沙牌拱坝横缝和诱导缝地震反应有参考价值。     

一种特高拱坝施工期特殊表面裂缝的成因分析

特高拱坝的表面出现裂缝后会对其工作性态产生一些影响。本文结合某300m级特高拱坝施工期上游面出现的一种特殊表面裂缝,对该类裂缝的形成机理进行初步的探究分析。基于非线性迭代法求解该类裂缝的开闭、滑移和扩展问题,同时,基于断裂力学理论计算研究了该类裂缝的稳定性问题。研究结果表明:施工期特高拱坝横缝突然张开容易造成止水带周边混凝土损伤,而横缝接缝灌浆前的压水试验会促使局部损伤进一步扩展成贯穿至表面的裂缝。     

大体积混凝土结构温度应力智能控制理论

温度致裂是大体积混凝土施工期面临的难题，而温度应力控制是防裂控裂的关键，为此提出了一种基于人工智能、运筹学、自动控制和数值仿真交叉型新四元理论结构形式的大体积混凝土温度应力智能控制理论。基于该理论实现的温度应力智能控制系统包含全面感知、智能决策和自动控制三部分，全面感知单元采集分析各类施工条件、材料性能及仿真计算数据，智能决策单元通过全局优化方法给出最优冷却通水策略，自动控制单元依据优化策略实现双闭环控制。应用举例表明，提出的大体积混凝土温度应力智能控制理论可实现混凝土浇筑全过程温度应力的智能控制，在确保每一仓混凝土施工期温度应力均符合安全要求的基础上充分发挥材料的性能。     

施工期裂缝对拱坝静动力响应的影响

本文简要介绍拉格朗日不连续变形分析（LDDA）和以黏弹性边界为吸能边界的地震输入方法。用LDDA模拟拱坝横缝、诱导缝和施工期温度裂缝,对西南地区某300米级高拱坝进行有限元网格剖分,研究对比有、无施工期温度缝情况下坝体的静动位移和应力,温度缝的张开和滑移以及缝端的应力。得出以下结论：施工期温度缝可明显增加静位移,但动位移相差不大,作为衡量裂缝扩展的缝端应力未超过混凝土的抗拉强度。     

混凝土高坝仿真计算的并层坝块接缝单元

混凝土高坝往往有一二百层，仿真应力分析的计算量十分庞大，笔者提出的并层算法使计算得到极大简化，但当坝内纵横接缝较多时，并层的效果有所降低，本文提出一种特殊的接缝单元，使各坝块可独立进行并层，互不影响，有效地解决了设有纵横接缝的混凝土高坝的仿真应力分析问题。     

MgO微膨胀混凝土拱坝裂缝的非线性模拟

沙老河拱坝利用MgO混凝土的微膨胀性 ,不分横缝 ,不做温控 ,整体浇筑而成 ,在拱坝完工的当年冬季和次年冬季 ,坝体出现了多条裂缝。本文利用水科院提出的MgO混凝土膨胀模型及开发的SAPTIS程序 ,采用实际的施工资料、材料参数及气象条件 ,对坝体的温度场、应力场及裂缝开裂过程进行了仿真计算分析 ,并对裂缝产生的原因进行了研究 ,结果表明 ,数值模拟的裂缝开裂状况与实际观测结果相吻合。     

特高拱坝温控曲线合理性改进与复核

随着智能温控技术提升,特高拱坝浇筑中的“三期九阶段”温控模式也可简化,使其更好改善混凝土内部应力。结合施工监测数据,本文提出“一期三阶段”和“二期六阶段”两种更简化的温控模式。通过数值模拟,控制冷却的各阶段,以拱坝内部应力变化过程来分析各曲线优劣。结果表明：“一期三阶段”温控模式在最短时间内使混凝土从最高温度降到封拱温度造成的应力影响最小;三种模式中,“一期三阶段”最大拉应力值远低于另外两种模式;三种曲线在120天、150天、180天达到封拱温度时,混凝土内部应力均远低于安全曲线,仅延长通水时长,对坝体应力影响不大;对于“三期九阶段”温控模式,减小坝体应力的关键在于合理调整降温速率和降温与控温时长的比例。     

大坝智能建造理论

本文回顾了大坝建造发展历程,总结了大坝智能建造的发展趋势和关键技术,梳理了大坝智能建造的关键问题与智能控制的关系,提出了大坝建造的智能控制理论,详细阐述了智能控制的概念、定义、特征、理论结构、要素,明确了"智能决策+自动控制"为智能控制的两大核心要素,构建了"自主感知与认知信息、智能组织规划与决策任务、自动控制执行机构...     

乌东德及白鹤滩特高拱坝智能建造关键技术

金沙江乌东德、白鹤滩水电站是目前世界上在建的规模最大、技术难度最高、建设环境条件最复杂的大型水电工程,需要建设300 m级特高混凝土双曲拱坝,面临众多关键技术难题和安全优质建设的管理挑战。本文遵循“全面感知、真实分析、实时控制”的闭环智能控制理论,将现代信息技术与水电工程建设深度融合,构建了聚焦核心工艺过程与主要业务流程的大坝智能建造技术路线。围绕安全优质高效建设乌东德和白鹤滩两座特高拱坝的工程需求,对混凝土施工质量全环节实时监控、混凝土温控全过程实时控制、工程全生命期安全与工作性态评价、全坝低热水泥混凝土性能复核、智能建造管理平台iDam深化研发等关键技术进行了探索研究和实践应用,并研发相应的智能化控制设备和管理系统。工程实践表明,智能建造中形成的关键技术及管理平台极大提高了工程建设的技术水平和管理效率,将提升中国水电的核心竞争力,为“一带一路”水电工程开发和基础设施工程建设提供更好的技术支撑。     

基于有限元等效应力法的高拱坝封拱温度场研究

针对碾压混凝土高拱坝,采用有限元等效应力法计算分析不同封拱温度场的坝体等效应力,研究封拱温度场对坝体应力的影响,进而改进拱坝封拱温度场,确定合理的封拱方案。研究结果表明封拱温度场对高拱坝的等效应力影响显著,设计阶段应对封拱温度场进行专门研究,通过降低封拱时平均温度和增大封拱时坝体等效温差的方法对封拱温度场进行优选,最终达到改善坝体应力的效果。研究成果可以为碾压混凝土高拱坝封拱温度场的设计提供参考。