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锦屏高拱坝施工期性态分析及整体安全度研究

韩晓凤  
【摘要】:随着拱坝建设的发展,我国目前正向技术难度更大、使用要求更高的300 m级的混凝土高拱坝迈进,设计中的高305m的锦屏拱坝就是一例。这一级别的拱坝超越了现有世界水平,对其应力、接缝和整体安全度等问题的研究显得尤为重要。 混凝土高拱坝一般按照收缩缝划分的坝段浇筑上升,同时分阶段自下而上进行接缝灌浆形成整体,浇筑和封拱灌浆过程要经历几年时间,施工过程中混凝土自身材料性质的变化、结构体系的转变和外荷载的变化对拱坝应力和横缝状态的影响是值得研究的问题。高拱坝一般要提前蓄水发电,蓄水后,拱坝上部混凝土的浇筑和灌浆还在进行,坝体受库水压力作用缝面将受压挤紧,这种情况对灌浆不利,研究不同蓄水水位对横缝开度的影响,确定满足灌浆需要的坝前允许最高水位是工程上急待解决的问题。 本文结合国家电力公司成都勘测设计院委托的研究项目“高拱坝收缩缝灌浆效果对坝体应力和位移的影响”(项目编号:JP-2002-52),主要进行了以下几个方面的研究工作: 1.提出一种用有限元方法确定水管冷却等效绝热温升的新途径,可以很好地模拟金属或非金属冷却水管和混凝土体系的三维热传导、热对流关系。将此方法用于拱坝典型浇筑块的施工期仿真计算,研究了水管排布方式和冷却水温对冷却效果的影响。 2.编制了拱坝温度场和应力场仿真分析控制程序,成功实现了建模和分析过程的参数化,对于不同的浇筑方案、温控措施和蓄水计划,可通过改变相应参数实现,提高了利用大型通用软件解决工程实际问题的效率。 广西大学博士学位论文 3.考虑拱坝分期封拱灌桨过程和提前蓄水过程,对锦屏拱坝进行施工期温度场 和应力场的仿真分析,得到了大坝在整个施工浇筑过程中温度、应力和横缝开度的变 化规律。 4.针对高拱坝提前蓄水后,造成拱坝上部未灌浆横缝受压挤紧,不利于接缝灌 桨顺利进行的问题,从分析上游面水压荷载作用下横缝的闭合机理入手,基于裂缝开 度变化是开裂结构物的位移问题思想,推导出拱梁分载法基础上,上游水压荷载作用 下横缝宽度变化量的计算公式,并给出算例。 5.针对上述高拱坝提前蓄水后面临的上部横缝灌桨问题,本文首次通过高拱坝 施工期全过程仿真计算分析,预测了不同蓄水水位下未灌浆横缝的开度变化过程,井 给出能够保证灌浆正常进行的允许最高水位,这对大坝的温控、蓄水和灌桨设计有实 际指导意义。 6.采用三维非线性有限元法,以累计自重和设计水压为基本荷载,利用超载法 和部分超载、部分强度降低的综合法分析了锦屏高拱坝的失稳破坏过程,得到锦屏拱 坝的整体稳定安全系数和破坏特征。


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