寒冷地区特高拱坝混凝土最高温度控制研究:以东庄拱坝为例

【目的】东庄特高拱坝位于北方寒冷地区,与国内其他已建200 m以上特高拱坝主要位于西南气候温和地区存在明显差异,混凝土温度控制难度大。为保证工程建设安全的前提下满足进度和质量要求,【方法】针对东庄大坝建设期夏季和冬季不同季节的控制最高温度标准,基于现场环境气温特性,建立有限元仿真分析模型,采用施工过程仿真技术对东庄拱坝不同冷却龄期、不同基础温差条件下的混凝土温度应力进行研究,将现场监测分析结果与仿真分析规律进行对比分析,提出了相应的最高温度控制建议。【结果】结果显示:为保障拱坝混凝土应力安全,最高温度不应高于26℃;为保障拱坝横缝可灌性,最高温度不应低于20℃。缝开度和温控防裂是一个需要协调的关系,基础温差增大,相应地,温度应力增大、开缝宽度变大、温控措施压力增大;基础温差降低,相应地,应力减小、开缝宽度降低、温控措施压力变小,但是存在缝开度不满足要求的风险,尤其在寒冷地区冬季施工最高温度较低,最终导致缝开度较小无法实现接缝灌浆工作。【结论】综合考虑以上两方面影响因素,给出了大坝混凝土最高温度控制的上限值和下限值,区间范围内最高温度的控制即可以满足接缝灌浆和防裂目的。计算成果可为拱坝施工过程的接缝灌浆温控方案调整提供技术支撑。

蓄水初期抗力体谷幅变形及对特高拱坝变形的影响

抗力体部位谷幅变形对特高拱坝结构安全性影响较大。以白鹤滩水电站为例,在分析白鹤滩水电站蓄水初期抗力体部位谷幅变形的基础上,采用结构有限元计算方法,分析蓄水初期实际谷幅变形对坝体的影响程度,并分析谷幅变形的分布特征对拱坝变形影响敏感性。结果表明,白鹤滩水电站初蓄期谷幅变形较小,目前谷幅变形对坝体变形影响有限,不同谷幅变形分布形式对特高拱坝影响较为显著,为进一步蓄水提供了理论支撑。

特高拱坝基础倒垂线锚固深度研究

垂线系统是特高拱坝水平位移监测中最可靠、精度最高的系统,基础倒垂线作为整条垂线组的基准,其测值可靠性将直接影响拱坝整体变形测值。文章在有限元计算的基础上,在白鹤滩特高拱坝基础布置不同深度锚固点的倒垂线,并结合蓄水期实测数据进行验证分析,研究经济、合理、技术可行的特高拱坝倒垂线锚固点深度,可供类似工程基础倒垂线锚固深度设计借鉴。

混凝土特高拱坝变形监测的智能优化支持向量机模型

拱坝变形监测模型是拱坝健康监测中最常用的方法。针对特高拱坝的变形监测问题,提出了一种混凝土特高拱坝的智能优化支持向量机变形监测模型。采用粒子群算法(PSO)优化支持向量机(SVM)的惩罚因子、核函数参数及容忍偏差,建立基于PSO-SVM的混凝土特高拱坝变形监测模型,分析了时效因子对模型性能的影响。工程实例表明,混凝土特高拱坝的PSO-SVM变形监测模型有着良好的预测精度及泛化能力,适用于特高拱坝的变形监测。

特高拱坝多测点时效变形的协整监控模型及其应用

实测变形资料作为特高拱坝服役性态最直观的表征,蕴藏着丰富的时空信息和演变规律。为研究特高拱坝时效变形的协整性,利用小波分解获得大坝位移的时效分量,考虑到特高拱坝的空间整体一致性差异,采用FCM聚类算法实现了时效变形的区域化,借助区域线性化思想,将整个特高拱坝时效变形的空间非线性协整关系转化为区域内近似线性的协整关系,建立了描述大坝不同部位时变协整发展规律的分区协整模型,通过协整残差实现了多测点时效变形的协整发展监控和预警。

关于特高拱坝建基面径向变形量值的探讨

特高拱坝建基面径向变形是重要物理量之一,其变形量值和速率事关拱坝安全。笔者提出基于监测与仿真分析的特高拱坝建基面径向变形取值计算方法,在结合垂线监测数据和反演计算得到坝体和基础力学参数的基础上,分析研究基础径向变形沿高程分布规律,得到基础廊道高程径向变形和建基面径向变形之间的相关关系,为特高拱坝基础特别是建基面径向变形取值提供了新的思路。

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。

白鹤滩特高拱坝层间性能监控系统研究与应用

恶劣的环境会对特高拱坝层间结合性能产生不利影响。本研究测试了大坝混凝土在不同温度下的层间劈裂抗拉强度,建立了成熟度与强度系数的关系。同时,基于成熟度与强度系数及含水量的关系提出了以成熟度为主含水量为辅的大坝层间性能三级九梯度预警体系。结果表明,随着温度的升高,大坝混凝土层间力学性能呈下降趋势。同时,成熟度与混凝土的强度系数及含水量线性相关,相关系数分别为0.9985和0.9964。此外,根据成熟度与层间性能参数之间的关系所建立的预警体系,可以对大坝层间结合质量进行有效的控制。

乌东德水电站首次蓄水期坝基渗流控制效果评价

在特高拱坝首次蓄水期,对坝基渗流控制效果进行评价是保障大坝安全的重要依据。以岩溶地区300 m级特高拱坝乌东德水电站坝基为例,利用监测成果分析、测试分析、工程地质分析等手段,分析了首次蓄水期坝基渗流变化规律及分布特征,以及蓄水过程中产生的局部渗漏问题,评价渗流控制措施的工程效果。结果表明:乌东德水电站首次蓄水完成后,幕后渗压折减系数一般为0.08~0.27,最大0.40,均在规范允许范围;幕后山体地下水位增加0~13 m,幕后排水孔出水总流量6.5 L/s,总体变化均较小;水化学与地质信息表明右岸733 m灌浆平洞局部渗水来源主要为坝后水垫塘。综合表明,坝基扬压力正常,渗漏量总体较小,渗流状态趋于平稳,大坝防渗帷幕及排水幕效果理想,在同类工程中处于较优水平。

白鹤滩首蓄期变形预测混合模型方法

首蓄期准确预测坝体变形,合理安排蓄水计划对于特高拱坝安全进入运行期具有重要意义。为解决特高拱坝首蓄期坝体变形预测较难的问题,本文提出了一种特高拱坝首蓄期坝体变形预测混合模型方法,并结合白鹤滩特高拱坝首蓄期坝体变形监测资料进行工程实例验证。该模型结合白鹤滩特高拱坝首蓄期三阶段蓄水计划的背景,结合三个蓄水目标下白鹤滩拱坝拱冠梁坝段正垂测点的监测数据量大小,在首蓄期初期采用多元回归模型,在首蓄期中后期对PLdb18-2到PLdb18-6五个测点采用优化的LSTM模型,对于坝顶的PLdb18-1采用多元回归模型。本文针对混合模型及全过程采用单一模型的预测结果和实测结果进行对比,本文提出的混合模型方法精度最高,误差率不超过4%,且具有较好鲁棒性。

特高拱坝施工期谷幅变形演化规律

跟踪分析高坝施工期谷幅变形,对确保高边坡稳定与大坝安全具有重要意义。基于某特高拱坝工程环境与地质结构,跟踪分析坝区两岸岩体变形监测数据,采用有限差分法,模拟分析谷幅变形演化规律,探讨了坝区施工期的谷幅变形演化规律与驱动因素。研究表明,坝后水垫塘谷幅变形规律表现为不同高程谷幅变化规律相似,收缩变形量与高程具有很好的正相关性,高程高的部位变形量相对较大;两岸均朝向河谷变形,与高程呈现正相关性,左岸变形速率略大于右岸;变形数值仿真结果与现场实测变形量值较接近。研究结果可为大坝后期正常蓄水提供参考依据。

特高拱坝变形变截距面板模型

特高拱坝整体变形性态是大坝各区域变形协同作用的结果,针对大坝变形建模分析时,采用共同影响因素(库水位、温度、时效)难以刻画不同区域变形规律差异性的问题,引入表征不同区域特有影响因素作用效应的虚拟变量,即变形特异效应量,兼顾影响变形的共同因素和特异因素,建立了变截距面板模型。针对变形变截距面板模型中特异效应量的不同型式,提出了模型型式选择的Hausman检验方法。采用广义最小二乘估计法,得到了模型各分量参数的有效估计值。最终通过工程实例验证所建特高拱坝变形变截距面板模型的有效性,弥补了传统大坝变形分析模型的不足。

建设溪落渡极高坝改善三峡航运与发电

金沙江下游段宜昌原规划四级开发改为金沙江Ⅲ级、溪落渡（极高坝）与向家坝三级开发，溪落渡正常蓄水位宜提高至７３５ｍ，以免白鹤滩水库淹没在以礼河Ⅳ级。溪落渡多年调节可使向家坝以下流量常年大于４０００ｍ３／ｓ，使重庆港三峡库尾与葛洲坝不再碍航，可解决武汉港江海通航与川沪直航，使四川经济得以振兴。溪落渡年调节电站可增加三峡、葛洲坝发电效益，并为中南和西南提供电力补偿调节。对极高拱坝设计提出若干建设。

乌东德特高拱坝边坡及建基面精细开挖技术

乌东德水电站特高拱坝边坡及建基面开挖过程中凝练的技术和管理的创新成果,实现了特高拱坝边坡及建基面优质、高效、安全、绿色、环保开挖,对陡倾地层高拱坝边坡及建基面开挖技术及经验进行研究和总结,并着力打造精品样板工程,开发并实现具有自主创新的成套技术体系,形成适用于复杂地质条件下高拱坝坝肩槽开挖工程涵盖管理、设计、施工、监测全过程的规模化精细开挖技术。

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。

特高拱坝长期运行时变效应的状态空间诊断方法

特高拱坝具有“三高一强”特点,长期运行中呈现复杂、多样和时变的变形性态,其中,时变特点隐含了大坝系统安全性的演化过程,对工程健康服役意义重大。规范明确指出,特高拱坝的变形性态需开展专项研究。本文首先分析国内典型特高拱坝的变形时变特性,然后,基于时变效应呈现的差异性,深入剖析特高拱坝时效变形的影响因素和形成机制;接着,考虑时效变形由多种因素叠加产生且不可直接监测,将时效变形视为状态向量,以实测变形作为观测序列,小波分解的趋势项作为状态序列,提出基于状态空间模型的特高拱坝时效变形分离方法;最后,提出时变效应的敛散性判别指标,实现了从时变角度开展大坝安全判定。成果可揭示特高拱坝时效变形的整体演变规律和趋势,并诊断大坝健康服役性能。

特高坝及其梯级水库群设计安全标准研究Ⅰ:理论基础和等级标准

水电工程中高度200 m及以上的特高坝的设计已经超出现行规范的适用范围;考虑流域梯级效应的水库群的安全标准,迄今尚属空白。本文从公共安全风险防范和梯级连溃系统风险分析的角度,在现行水利水电枢纽工程等级划分及其设计安全标准的基础上,针对特高坝及其对下游梯级具有溃坝影响的大坝,提出了设立特等工程、特级建筑物及其相应安全标准的建议。经初步论证,建议特2级土石坝年计失效概率为5×10-8,目标可靠指标为4.45,坝坡抗滑稳定安全系数为1.6;特1级土石坝年计失效概率为1×10-8,目标可靠指标为4.7,坝坡抗滑稳定安全系数为1.7。基于我国某流域实际情况的一个虚拟大坝连溃案例,验证了确定上述工程等级和安全标准的可行性,对我国现有水电工程设计规范的修正和完善具有一定的参考意义。