基于整壩全過程仿真的特高拱壩施工期工作性態(tài)研究.pdf

1、拱壩設(shè)計中控制指標(biāo)主要針對運行期，而特高拱壩施工期工作性態(tài)與運行期工作性態(tài)存在明顯差別，如壩體溫度場、應(yīng)力場、變形以及橫縫狀態(tài)等均存在明顯不同，且施工期結(jié)構(gòu)工作性態(tài)會直接影響運行期結(jié)構(gòu)性態(tài)，另外施工期可能出現(xiàn)的裂縫以及結(jié)構(gòu)橫縫也會帶來影響，因此要判斷和評價特高拱壩的安全性，對特高拱壩施工期工作性態(tài)的研究意義重大。
　　 本文基于整壩全過程仿真分析理論，考慮跳倉澆筑、材料硬化、溫度控制、封拱灌漿、蓄水過程和環(huán)境量變化等六個過程。以

2、溪洛渡特高拱壩為工程依托，針對目前特高拱壩施工期工作性態(tài)研究中的薄弱環(huán)節(jié)，如施工期基巖變形模量的選取、考慮真實全面施工過程的壩體工作性態(tài)、特高拱壩施工期裂縫的擴展穩(wěn)定性及對壩體工作性態(tài)的影響、結(jié)構(gòu)橫縫狀態(tài)及對壩體工作性態(tài)的影響等方面，進(jìn)行了細(xì)致研究，主要工作內(nèi)容如下:
　　 1.進(jìn)行了基于整壩全過程仿真的施工期力學(xué)參數(shù)反演分析研究。①總結(jié)了特高拱壩施工期壩體彈性模量和基巖變形模量的反演分析現(xiàn)狀，歸納了影響施工期變形的力學(xué)參數(shù)的回

3、歸分析方法。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于施工期仿真應(yīng)力的壩體彈模及基礎(chǔ)變模的混合反演模型。②基于施工期精密水準(zhǔn)儀、多點位移計和垂線觀測結(jié)果，對其壩體彈性模量和基巖變形模量進(jìn)行了反演分析工作，結(jié)果表明:基于三種儀器的基巖變形模量反演結(jié)果基本一致，可以相互校核，所提出混合模型是可行可靠的。③研究了庫盆水壓對壩體變形和基巖變形模量反演結(jié)果的影響，結(jié)果表明:按照面力來施加庫盆水壓時，與不施加庫盆水壓的反演結(jié)果有一定差別，應(yīng)盡量采用滲透體積力來模擬

4、庫盆水壓。
　　 2.進(jìn)行了整壩全過程仿真分析理論闡述和溪洛渡特高拱壩施工期工作性態(tài)研究。闡述考慮跳倉澆筑、材料硬化、溫度控制、封拱灌漿、蓄水過程和環(huán)境量變化等六個過程的整壩全過程仿真理論和方法，并將其應(yīng)用于溪洛渡特高拱壩施工期工作性態(tài)的研究中。在分析中:①研究了自重施加方式和封拱灌漿過程對整體應(yīng)力和變形的影響;②對施工期溫度、應(yīng)力和變形的實際觀測成果和仿真計算結(jié)果進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明:計算溫度和應(yīng)力變化規(guī)律與觀測成果基本一致

5、，施工期溫度和應(yīng)力控制總體較好，但由于未考慮90天以后混凝土的絕熱溫升，計算溫度值偏低;大壩豎向應(yīng)力分布規(guī)律與實測吻合良好，但個別壩段實測偏小;施工前期大壩由于自重倒懸作用，引起大壩向上游變形，隨著大壩澆筑高程的增加及上游蓄水位的升高，大壩逐漸轉(zhuǎn)為向下游變形;③對橫縫狀態(tài)觀測成果和計算成果進(jìn)行對比分析，并研究了不同灌漿高程和水位下橫縫面的應(yīng)力和開合狀態(tài)，結(jié)果表明:大壩完成二冷的區(qū)域平均縫開度在0.8～1.6mm左右，不同壩段和高程的橫縫

6、開度因澆筑進(jìn)度、澆筑季節(jié)、相鄰高差、側(cè)面暴露時間等因素影響而有所不同，橫縫狀態(tài)整體正常，但個別部位開度偏大，如最大開度值出現(xiàn)在12#橫縫，達(dá)到5.70mm，超出溫度收縮可能引起的一般開度，需要進(jìn)行深入的核查研究。
　　 3.進(jìn)行了特高拱壩施工期裂縫穩(wěn)定性及對結(jié)構(gòu)的工作性態(tài)影響研究。包括:①歸納了特高拱壩施工期裂縫成因、擴展穩(wěn)定性及對大壩工作性態(tài)影響的研究現(xiàn)狀;②介紹了特高拱壩施工期較新型的層間裂縫和止水區(qū)域表面裂縫;③對施工期水

7、力滲透破壞引起的層間裂縫的擴展穩(wěn)定性及對大壩工作性態(tài)的影響進(jìn)行了分析，結(jié)果表明:初始粘結(jié)強度對裂縫處理后的擴展穩(wěn)定性影響較大，混凝土斷裂韌度對其影響較小;在粘結(jié)強度較小時，裂縫向上游側(cè)擴展可能性較大，而向下游側(cè)擴展的動力不足;層間裂縫對拱壩整體應(yīng)力和變形影響不大。④對止水區(qū)域表面裂縫成因進(jìn)行了分析，結(jié)果表明:橫縫的突然張開會造成止水銅片與混凝土接觸面的薄弱部位產(chǎn)生損傷，隨后在水力擠壓和劈裂作用下進(jìn)一步向壩面方向擴展形成貫通裂縫。

8、　　 4.進(jìn)行了特高拱壩橫縫狀態(tài)及對結(jié)構(gòu)工作性態(tài)的影響研究。包括:①歸納了橫縫狀態(tài)對大壩工作性態(tài)影響的研究現(xiàn)狀;②提出了一種模擬球形鍵槽的等效力學(xué)模型，可以模擬鍵槽的張開、閉合以及錯動等力學(xué)行為，并將該模型加入到仿真分析程序Saptis中;③研究了溪洛渡高拱壩蓄水進(jìn)度對橫縫開度的影響，結(jié)果表明:水位過高，導(dǎo)致橫縫被壓緊，會影響大壩的封拱灌漿進(jìn)度，因此溪洛渡特高拱壩2013年夏季蓄水控制水位應(yīng)在540m高程以下;④研究了上游兩道止水片之