锦屏一级特高拱坝工作性态仿真与反演分析

锦屏一级拱坝坝高305 m,运用有限元仿真分析方法模拟了锦屏一级特高拱坝自第一仓混凝土浇筑至蓄水运行全过程,基于监测资料对后期发热温升、坝体与基础弹性模量等主要热力学参数进行了反演分析,并对下一阶段蓄水的工作性态进行了预测。计算结果表明,锦屏一级拱坝后期发热温升约为5~6℃,短期蓄水过程中混凝土和地基弹性模量约为设计初始值的1.65倍左右。在水位上升至1 880 m时,径向最大变形出现在1 730.0 m高程的PL13-4监测点。预测值与监测值吻合较好,证明仿真分析成果能基本反映大坝实际工作性态,分析结果也为其他特高拱坝的设计提供了参考。

锦屏一级高拱坝坝基加固效果分析

锦屏一级高拱坝复杂的坝址地质条件使基础加固处理工程巨大,主要包括左岸混凝土垫座置换、左岸传力硐、左岸f5、f8、煌斑岩脉混凝土网格置换,右岸f13、f14断层混凝土网格置换。采用非线性有限元分析方法,对坝基加固后锦屏一级水电站坝体在多种工况下的的应力、变形特性进行了计算分析,给出了坝体蓄水期的应力、位移分布及超载、降强对位移的影响结果,并与无垫座方案的相关数据进行对比,表明加固后坝体蓄水期总体变形规律明显改善,坝踵拉应力减小,坝体与坝基安全储备能力提高,满足设计要求;在应力、变形方面肯定了大规模加固措施的必要性。

锦屏一级拱坝岩体抗剪强度参数取值研究

锦屏一级拱坝为世界最高拱坝,也是世界已经建成的最高大坝,地形地质条件极其复杂。通过锦屏一级拱坝岩体抗剪强度试验、试验特征点选取、参数统计方法以及典型滑块稳定计算等多方面的分析,对岩体抗剪强度参数的取值方法进行深入研究。研究结果表明:对坝基岩体抗剪强度参数标准值的取值,国内外不同规范的规定有一定差异;岩体抗剪强度试验曲线上的某些特征点可采用易于确定的特征点经换算后得出;对同一工程,采用不同的抗剪强度参数统计方法,得到的抗剪强度参数会有一定差异,可能造成对坝肩抗滑稳定不一样的评价。研究成果可供类似工程借鉴参考。

岩石高边坡开挖卸荷松弛准则研究与工程应用

基于对卸荷松弛过程和机制的定性分析,提出了以岩石极限拉应变作为卸荷松弛的判别准则。通过对岩石极限拉应变室内试验资料与其抗拉强度之间关系的分析,并结合小湾工程卸荷松弛分析的成功实践经验,提出了极限拉应变值的取值原则,并明确了岩石边坡开挖后实际拉应变的计算方法。运用三维弹黏塑性加锚节理岩体流变模型,将该准则和计算方法应用于锦屏一级拱坝建基面开挖卸荷松弛的数值分析中,通过与实际开挖揭示和声波测试资料的对比,结果表明分析结果较为合理,为工程建设提供了有益的指导。

锦屏一级高拱坝物理模型试验研究

采用地质力学物理模型试验方法,以锦屏一级水电站大坝为对象,研究高拱坝、地基和库水相互作用下大坝和山体发生变形和开裂破坏的全过程,为复杂条件下高拱坝的失效破坏机理和安全度评估的研究提供试验依据。试验结果表明:大坝基础经过处理后,在正常工况下,拱冠梁顶部最大位移为87.0 mm,坝体位移呈线性变化;超载3.5倍设计荷载以前,坝体和坝肩的位移变化比较稳定,断层的相对位移较小;3.5倍设计荷载以后进入塑性状态;超载到5.5倍设计荷载时,坝体上有许多测点的位移变化发生突变,且有裂缝出现;继续增大到7.0倍设计荷载时,坝体、坝肩附近岩体上都出现了较大裂缝,岩体各断层的相对位移较大,但从整体上看,大坝仍具有一定承载能力;7.0倍设计荷载以后,坝肩附近山体位移变化率增大,裂缝进一步发展,断层的相对位移变化率明显增加;当超载到8.0倍设计荷载时,坝体和基础整体破坏较严重。

锦屏高拱坝整体安全度评估

锦屏高拱坝是目前世界上拟建的最高的双曲薄拱坝,水压力巨大,其设计和分析都超出现行规范。锦屏一级拱坝的环境条件存在明显的不对称特点:一是两岸地形不对称;二是两岸地质条件明显不对称;三是坝体的坝面受日照时间不对称。这些不对称性和高水压使锦屏高拱坝的安全性成为锦屏拱坝建设中最重要的关键技术问题之一。运用三维非线性有限元数值分析方法,研究锦屏拱坝在多种工况下的应力场和位移场以及左、右岸不利地质构造对拱坝工作性态的影响。坝体的应力和位移分布存在比较明显的左右不对称,引起不对称的原因除两岸地基刚度不对称外,拱坝坝体的不对称也是重要原因,因此应进一步优化拱坝体型。确定锦屏拱坝地基系统在不同破坏模式下的整体安全度:上游水压力超载引起系统失效的整体安全度约为5.0;坝基岩体抗剪强度降低使系统失效的整体安全度约为3.0;地震灾害引起系统失效的整体安全度约为6.0。根据屈服破坏区的分布,指出坝基加固处理的重点部位为左拱端下游侧1 800 m高程以上和右拱端上游侧1 630～1 800 m高程之间。

基于NB35047-2015规范的锦屏拱坝抗震复核

能源行业标准《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB35047-2015)已于2015年9月1日颁布实施。介绍了依据该规范开展的锦屏一级高拱坝抗震安全复核工作。主要内容包括:基于设定地震的场地相关设计反应谱研究;采用动力拱梁分载法、线弹性有限元法和非线性有限元法,进行设计和最大可信地震作用下的应力和坝肩岩体动力稳定分析;在选定的人工地震波基础上,采用以基岩峰值加速度在设计地震基础上比例放大的方式,进行大坝地基系统在超设计地震荷载下的地震超载能力分析。复核分析表明,锦屏一级高拱坝具有较高的抗震潜力;设计地震和最大可信地震作用下,坝体抗压强度安全满足现行抗震规范要求,且抗压强度安全有较大安全裕度,坝体拉应力基本未超过混凝土容许的应力范围,仅局部应力集中部位拉应力较大,能满足校核地震作用下"不溃坝"的设防要求。

锦屏一级水电站拱坝整体稳定性分析和抗裂设计

锦屏一级水电站拱坝坝高305 m,为世界第一高拱坝,由于拱坝坝址区地形地质条件不对称,同时存在大量的缺陷,造成大坝受力条件较为恶劣,可能导致坝体开裂。为此,从拱坝整体受力稳定的角度深入分析了各种可能的开裂因素,并据此提出抗裂设计措施。实践表明:由于充分利用了拱坝的自我调整能力,并综合运用了增强混凝土抗裂性能、优化体型、加强对地形和地质不对称条件的处理、增强河床部分坝体刚度等措施,使坝体抗裂性能有较大提高。

考虑水平层缝对锦屏高拱坝整体安全度的影响

研究混凝土强度的不均匀性有两层意思,其一是水平施工缝降低层缝的抗拉强度,其二是混凝土本身的浇筑层面所形成的各项异性,这两种混凝土水平层缝在拱坝结构上都形成薄弱环节。针对拱坝真实受力状态,对拱坝所用的二级配混凝土材料成型的带水平层缝的混凝土试块进行了劈裂抗拉力学性能试验研究,试块尺寸为300 mm×300 mm×300 mm,试验比较了两种水平层缝的存在对本体和含层面试件的抗拉强度的影响。试验结果表明,水平施工缝和浇筑层面均使混凝土强度不均匀,产生各向异性,降低混凝土的抗拉强度。运用三维非线性有限元数值分析方法,确定锦屏高拱坝存在水平层缝的整体安全度。

综合加固处理技术在锦屏高拱坝左岸坝基中的应用

锦屏一级水电站大坝基础地质条件复杂,尤其以左岸f5断层为代表的软弱岩体,断层规模大、岩体性状差,是影响拱坝渗流稳定、抗滑稳定和变形稳定最为关键的因素之一,因而f5断层处理效果的好坏直接决定了锦屏一级水电站高拱坝能否长期安全运营。为此,对锦屏一级水电站高拱坝左岸坝基范围内的f5断层处理技术进行了探索和研究,介绍了开挖置换、预应力锚固、高压固结灌浆、水泥-化学复合灌浆及高压水对穿冲洗回填砼等处理措施,并对处理效果进行了分析和评价。监测成果表明,以上综合加固处理措施达到了预期的效果,可为类似工程提供参考和借鉴。

锦屏一级高拱坝施工期及蓄水期弦长监控指标拟定研究

锦屏一级高拱坝左岸边坡将长期处于变形阶段,这对坝体弦长变形有一定影响。为使工程安全运行,首先引入小波去噪理论对弦长原始观测数据进行去噪处理,然后运用最大熵理论并引入拉格朗日函数推导了弦长的概率密度函数,最后由失效概率给出了弦长的监控指标拟定值。结果表明,本文方法高效可行。

锦屏一级拱坝左岸基础处理加固措施研究

锦屏一级拱坝坝址区工程地质条件十分复杂,存在f2、f5、f8等断层、层间挤压带、煌斑岩脉X及一系列规模不等的卸荷张开裂缝或深部裂缝等不良地质构造,需对这些地质缺陷进行处理。通过现场勘测试验及分析研究,对拱坝左岸基础采取固结灌浆和混凝土置换相结合的处理方案。计算分析表明,通过利用混凝土垫座、抗力体固结灌浆、对断层及煌斑岩脉进行混凝土网格置换以及采用抗剪传力洞等措施,提高基础承载能力,可以满足拱坝设计的要求。

锦屏一级水电站拱坝坝肩稳定分析及工程措施研究

以刚体极限平衡法为主,结合拱坝整体稳定数值分析及地质力学模型试验,对锦屏一级拱坝坝肩抗滑稳定进行了全面的计算分析与论证,表明拱坝坝肩稳定有保障。同时针对左右岸坝肩稳定的特点,采取了有效的增强拱坝坝肩稳定的工程措施。

坝基加固后锦屏一级高拱坝应力变形计算分析

锦屏一级高拱坝坝址地质条件复杂,其基础加固处理工程巨大,主要包括:左岸混凝土垫座置换、左岸传力硐、左岸f5f、8、煌斑岩脉混凝土网格置换,右岸f13f、14断层混凝土网格置换。文中采用非线性有限元分析方法,对坝基加固后锦屏一级水电站坝体在多种工况下的应力变形特性进行了计算分析。给出了坝体蓄水期的应力位移分布及超载、降强对位移的影响结果,表明蓄水期坝体总体变形规律比加固前明显改善,坝踵拉应力减小。加固后坝体与坝基安全储备能力提高,可以满足设计要求。

高压复合灌浆技术在特高拱坝坝基地质缺陷处理中的应用

锦屏一级水电站坝高305 m,是已建的世界第一高拱坝,对坝基变形、渗透与抗滑稳定控制要求极高。由于坝基岩体中广泛分布断层破碎带、层间挤压错动带及物理力学性状极低的侵入岩体,采用灌浆方式是对基础进行处理的有效方法。虽然水泥灌浆技术在国内的发展已经比较成熟,但因普通水泥颗粒粒径大,极小的孔隙或裂隙一般不能被充填,而化学浆液可注性好,浆液黏度低,能注入到细微裂隙中,因此,在水电工程基础断层处理中,水泥-化学复合灌浆技术得到了广泛的应用。阐述了基于锦屏一级水电站地基处理中断层裂隙的发育程度和地质情况实施的水泥-化学复合灌浆施工工艺,对灌浆效果进行了分析。采用复合灌浆后,断层带裂隙充填明显,物理力学性能满足设计要求。

应用三维多重网格法的极限平衡法分析锦屏一级拱坝右岸坝坡稳定性

对锦屏一级拱坝右岸坝肩采用非线性有限元分析方法,进行三维弹塑性数值模拟,通过使用多重网格法,在任意滑动面上(平面或曲面)对有限元应力计算结果进行转换,计算得到滑块体的安全系数。弹塑性计算结果表明,基本工况条件下,左岸坝肩的最小安全系数为4.88(大于3.5),出现在温降工况下1 740 m高程处;右岸坝肩的最小安全系数为3.41(小于3.5),出现在温升工况下1 710 m高程处。该结果表明对右岸坝肩采取一定的加固措施是有必要的。

窄缝挑坎在高拱坝深孔中的初步应用研究

在锦屏一级水电站(拱坝坝高305 m)整体水工模型上将窄缝挑坎应用于高拱坝泄洪深孔,对窄缝挑坎体型参数选择和布置进行了试验研究。试验结果表明,窄缝挑坎应用于高拱坝深孔,可以获得窄长下泄水流流态;边墙压力测量结果显示,深孔采用窄缝挑坎后边墙无负压出现,但在窄缝收缩起点附近存在压力增大;射流水舌在水垫塘内纵向扩散效果显著,水垫塘底板时均冲击动压分布相对常规挑坎时而言更加坦化,底板冲击动压差也大大减小,这对水垫塘底板稳定和减小射流冲刷有利。

锦屏一级高拱坝温控特点与对策

本文从体型结构、材料参数、施工技术等方面阐述了锦屏一级高拱坝的温控特点,指出锦屏一级高拱坝底宽长、混凝土后期温度回升大、施工中通水冷却温降速度快、垫座约束复杂等因素都会对混凝土温控产生不利影响。基于仿真分析结果,本文提出了相应的对策,对于垫座和大坝基础约束区要严格控制最高温度,对于大坝非约束区要做好温降过程中空间梯度和时间梯度的控制。

边坡变形影响下锦屏一级拱坝安全性分析

锦屏一级高拱坝左岸边坡断层较多且持续变形不收敛,从而对坝体安全稳定运行造成不利影响,为合理分析左岸边坡变形对坝体安全性的影响,建立了锦屏一级拱坝三维有限元仿真模型,运用小生境与遗传模拟退火耦合算法搜索左岸边坡最危险潜在滑动面,在搜索到的潜在滑动面施加三角形位移荷载模拟左岸边坡的变形并进行持续超载,同时考虑坝体自重、水压力等荷载作用下坝体的应变情况。结果表明,边坡变形的极限超载系数在9~10之间,靠近坝体左岸岸肩1 769m高程以上的部位在边坡持续变形中会较早进入塑性屈服阶段,在不出现塑性屈服区贯通情况下,坝体弦长最大压缩变形可达到205.32mm,从而可为坝体安全运行提供参考。

锦屏一级水电站特高拱坝温控防裂技术与实践

锦屏一级水电站拱坝是世界在建最高拱坝,混凝土温控防裂是其建设中的关键技术难题。根据工程自身特点,在现有的温控防裂技术理论和工程经验的基础上,结合全过程的温控仿真及反馈分析,不断加深对混凝土温控防裂规律的认识,逐步细化本工程的温控技术标准,总结制订了一套完整的温控工作评价体系,在此基础上开展4.5 m仓层厚浇筑温控关键技术研究,建立了温度自动化控制系统,有效地控制了不利应力的产生并防止了温度裂缝的出现,解决了超300 m级特高拱坝混凝土施工的温控防裂技术难题。