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。

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。

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。

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。

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。

锦屏一级水电站边坡变形对拱坝影响分析

库岸边坡在长期库水涨落循环作用下容易发生变形,进而可能引起大坝的开裂甚至破坏,因此边坡变形对拱坝安全有重要影响。锦屏一级水电站经历了六次库水涨落循环,依据监测资料,对边坡变形进行流变反演计算,并通过正向计算预测了边坡的长期变形情况,研究了在上游正常蓄水位1880 m和死水位1800 m两种水位条件下,及不同边坡变形情况下拱坝的变形和应力分布情况。结果表明,2012年蓄水后至2020年7月,拱坝整体变形较小,右岸1800 m高程以上坝肩拉应力区明显减小,拱坝受力状态有局部改善;2020年7月至边坡长期变形收敛阶段,拱肩槽边坡变形较小,左拱端下游侧横河向变形增量小于1.2 mm,拱坝拉应力量值和分布范围改变不明显。因此,水库蓄水后至边坡长期变形收敛阶段,拱坝应力应变量值处于合理区间,锦屏一级高拱坝应力应变总体处于弹性工作的安全运行状态。

锦屏一级拱坝黏弹性工作性态反演分析

针对锦屏一级拱坝历年1 880 m高水位稳定期坝体向下游侧位移持续增大的异常变形性态,基于现场位移监测数据和坝体混凝土徐变试验数据,对该拱坝当前运行性态进行了反演分析。结果表明:坝体目前处于黏弹性工作状态,监测发现的短期趋势性变形是由水压荷载作用下黏弹性滞后变形效应和年周期环境温降效应所共同引起。混凝土黏弹性力学参数之间具有较好的线性关系,基于弹性水压分量反演得到的坝体混凝土弹性模量实际是瞬时弹性模量与延迟弹性模量的等效值,对于锦屏一级拱坝,该反演值为35.5 GPa,与前期反演值和试验值较为接近;而基于黏弹性水压分量反演得到的广义Kelvin模型中瞬时弹性模量、2延迟弹性模量和2黏滞系数分别为47.3 GPa、189.4 GPa、132.3 GPa、383.8 GPa·d和20 574.6 GPa·d。建议今后对锦屏一级拱坝建立变形监控模型时,应在HST模型中引入黏弹性滞后水压分量。

锦屏一级大坝左岸建基面f2断层处理施工技术

锦屏一级大坝建基面地质条件复杂,断层及层间挤压错动带发育,其中规模较大、延伸较长的地质缺陷主要有f2,f5,f8等断层及煌斑岩脉,需采取刻槽置换、高压水冲洗、固结灌浆等工程措施进行处理,以满足拱坝基础承载力与抗渗稳定性要求。以锦屏一级大坝左岸建基面f2断层及层间挤压带地质缺陷处理为例,介绍了地质缺陷处理的原则和几种关键施工技术,可为类似工程坝基地质缺陷处理提供借鉴。

锦屏一级水电站特高拱坝混凝土施工技术总结

锦屏一级水电站大坝为世界上已建最高混凝土双曲拱坝,坝址区昼夜温差大,料源骨料性能欠佳,对混凝土施工的温控防裂提出了更高要求。介绍了最严格的混凝土施工温控标准,包括浇筑温度控制、封拱温度控制、温度梯度控制及降温速率控制等。同时对砂石加工系统、骨料运输系统、混凝土生产系统及缆机系统的布置进行了阐述。相关经验可供类似工程借鉴。

锦屏一级水电站工程主要技术创新实践

锦屏一级水电站是雅砻江干流下游河段的控制性梯级电站,其双曲拱坝坝高305 m,为已建世界第一高拱坝。工程区山高坡陡、地质条件复杂,工程建设面临高山峡谷区特高拱坝施工布置、复杂地质条件下高陡边坡稳定与处治、复杂地质条件坝基与抗力体处理、特高拱坝高性能混凝土及原材料、特高水头大流量窄河谷泄洪消能与强雾雨防治、特高拱坝优质快速施工、极低强度应力比高地应力条件下大型厂房洞室群围岩大变形控制等前所未有的技术挑战。这些问题通过建设各方的努力成功地得到解决。介绍了锦屏一级水电站工程建设的关键技术和创新性解决方案,以期为今后类似工程问题的解决提供技术借鉴,促进水电工程特高拱坝建设技术发展。

特高拱坝表孔溢流面混凝土翻模工艺优化

锦屏一级水电站大坝溢流面混凝土施工在设计阶段拟采用常规工艺,实际施工过程中发现可能无法满足度汛对工期的要求。经过技术分析,并借鉴国内成功实施的大坝溢流面混凝土施工经验,提出了溢流面混凝土与大坝混凝土一次浇筑、溢流面层采用翻模工艺、支撑大梁采用悬臂支模的优化方案。工程实践表明,新的工艺方案保证了溢流面混凝土的结合质量,且节约工期5~7个月,相关经验可供类拟工程借鉴。

华光潭一级拱坝安全监测及运行管理

采用全站仪边角变形网观测方法结合垂线系统作为大坝变形的基准,代替了常规的变形控制网,有效地掌握了大坝的宏观变形状况。通过全面的大坝安全监测手段,掌握大坝在初蓄期的变形、渗流等状况变化,及时采取科学有效的工程补强措施,适时营造良好的大坝运行条件,在确保大坝安全运行的同时,提高了工程效益。

锦屏一级水电站高拱坝施工实时控制系统的研究与应用

锦屏一级水电站特高拱坝高305 m,为已建世界最高拱坝,其高水压力对工程施工质量要求高。工程区河谷深切、地形陡峻,有限的空间资源不利于施工布置和进度管控,骨料先天缺陷和大坝结构孔洞多等不利因素增加了高拱坝温控防裂的难度,使工程建设面临巨大的挑战。研究并在施工全过程中运用了高拱坝混凝土施工质量与进度实时控制系统,该系统具有实时性、连续性、自动化、数字化的特点,对工程施工质量和进度信息进行了采集和分析,工程蓄水后各项监测数据显示大坝工作性态正常。

锦屏一级拱坝左岸边坡长期变形对坝体影响研究

我国已建成的特高拱坝逐渐由设计施工期过渡到蓄水运行期,其试验及监测成果表明,开挖、蓄水等扰动将加快拱坝枢纽区山体边坡的流变变形,这些长期变形对拱坝安全构成严重威胁。提出岩质高边坡长期变形对拱坝安全的影响分析方法,采用黏弹–塑性流变本构模型,计算锦屏一级左岸边坡在运行期的长期变形。以此变形为基础,引入极限分析的思想,提出基于边界位移法和变刚度的强度折减法,对边坡变形对拱坝的影响进行分析评价。边界位移法是在模型边界解除约束,施加固定位移,模拟边坡长期变形;变刚度的强度折减法是基于弹塑性和流变模型之间的内在联系,同时降低刚度和强度,来模拟边坡变形对拱坝影响,具有完备的理论基础。对锦屏一级拱坝左岸高边坡的长期变形进行分析预测,评价了拱坝承受边坡长期变形的安全度。研究表明,左岸边坡长期变形在一定程度上对坝体有益,流变稳定时,坝体屈服区、塑性余能范数都有减小,应力状况得到改善;拱坝可承受6倍以上的边界位移超载。因此,应重点关注应力集中等建基面局部区域对拱坝长期稳定性的影响。