Simulation analysis of temperature control calculation of RCC gravity dam in the cold region

In this paper, regarding the actual conditions of a roller compacted concrete dam, three-dimensional finite element relocating mesh method is utilized to simulate and calculate the temperature field of the RCC dam during the construction stage and operating period. The calculation is well consistent with the actual construction process, the thin-layer pouring process the pouring temperature and all kinds of external loads involved being taken into account, By comparing and analyzing of the impact of the cold wave on the dam stress, important references are provided for the RCCD design and the temperature control during construction.

施工期分层浇筑与温度荷载对重力坝坝踵应力影响研究

【目的】坝踵应力是评价重力坝安全的关键性控制指标。重力坝设计时自重按一次施加,并未考虑施工期大坝实际浇筑过程及温度荷载,因此,【方法】以三峡重力坝工程泄2坝段为例,基于大坝设计资料和温度监测数据,对大坝混凝土的关键热学参数进行反演。在此基础上,模拟大坝施工过程、材料性能变化过程、气温变化过程、纵缝接缝灌浆过程、通水冷却过程以及表面保温措施,进行大坝施工期全过程工作性态仿真分析,研究施工期分层浇筑与温度荷载对大坝应力尤其坝踵应力的影响。【结果】结果显示:仿真计算得到的监测点的温度变化规律与实测值吻合较好;分层浇筑模拟时自重产生的坝踵竖向压应力为7.32 MPa,自重一次施加产生的坝踵竖向压应力为7.70 MPa;施工期温度荷载引起坝踵观测部位的竖向压应力增量最大值为1.1 MPa。【结论】结果表明:自重荷载的施加方式对重力坝坝踵应力影响较小,分层浇筑自重荷载引起的坝踵竖向压应力略小于自重荷载一次施加的情况;纵缝接缝灌浆后坝体温度回升导致中块挤压上块,进而引起坝踵部位产生较大竖向压应力,这可部分解释目前重力坝实测坝踵应力多为较大压应力的原因。

RCC重力坝全尺度结构安全与进度耦合动态仿真

通过构建施工状态"集合"与数值仿真模型模拟状态"集合"之间的动态映射关系,建立混凝土重力坝三维全尺度施工过程结构安全与进度耦合动态仿真方法,动态仿真分析坝段群任一施工进度面貌下的结构安全状态;运用VTK实现了坝段群施工全过程结构安全与进度状态的耦合动态可视化;采用C#.Net和APDL开发了一套碾压混凝土重力坝三维全尺度结构安全与进度耦合动态仿真及可视化系统。该系统能够为快速、全面把控坝段群施工过程结构安全和进度提供数据支持。

生长连接模型在RCC施工期温度场仿真分析中的应用

在碾压混凝土(RCC)结构的施工过程中,温控分析是专家学者关注的重点之一。根据RCC薄层浇筑的特点,人们采用层合单元进行网格划分,能有效减少计算模型的节点和单元数;但层合单元模拟浇筑过程需要进行网格重组,且在薄层新浇混凝土与相邻老混凝土的连接部位,层合单元无法直接应用,这些都增加了仿真分析的难度。从有限元单元技术出发,提出的生长连接模型能有效模拟RCC结构的连续浇筑过程,并避免了网格重组,同时解决了新老混凝土单元的连接问题,在保证计算精度的同时提高了计算效率。通过对典型RCC大坝工程施工期温度场的仿真分析,验证了生长连接模型的有效性、合理性。

基于温控仿真的RCC重力坝施工期开裂风险分析

温度荷载是使大体积混凝土在施工期间产生裂缝的主要因素。为对大体积混凝土开展施工期开裂风险分析,以某碾压混凝土(RCC)重力坝为例,在对其温控措施进行仿真分析的基础上,利用结构的可靠度理论,将大体积混凝土开裂的影响因素作为变量,运用响应面法构建极限状态功能函数,利用Monte-Carlo法得到该重力坝施工期的开裂风险和可靠度。分析成果表明:推荐温控措施合理;开裂风险概率和可靠度指标计算成果能够反映内部特征点的开裂风险高于外部、一期冷却末期出现最大开裂风险的特点,该方法可用于施工期的混凝土开裂风险评价。

温度回升对坝体运行后期工作性态的影响研究

温度回升一直是大坝施工运行期间研究的重点之一。为此,结合周宁碾压混凝土重力坝,通过仿真建模,线性计算,采用张国新等人提出的高掺粉煤灰混凝土水化热温升组合函数模型,分析预测坝体后期温度回升,探究其对坝体变形、应力的影响。仿真预测结果表明,温度回升会在建坝4~5 a后达到峰值,温度回升对坝体变形的影响较小,温度回升至稳定后变形逐渐消除;对应力的影响总体来说是有利的,局部区域会产生拉应力过大。温度回升是一个长期过程,需要在大坝运行期工作性态安全评估充分考虑温度回升的影响。该研究预测性地分析了温度回升可能发生后对坝体运行后期工作性态的影响,可为其他工程温度回升的研究提供参考。

水利施工中碾压混凝土拱坝诱导缝开裂分析研究

为了合理的设置诱导缝,保证拱坝施工稳定性,提出水利施工中碾压混凝土拱坝诱导缝开裂分析研究。建立碾压混凝土的本构模型,通过本构模型分析混凝土的本构关系,获得应力和应变之间的关系;在模拟过程中通过薄层实体接缝单元完成诱导缝的计算与模拟;设计了计算条件并设置了分缝方案。在不同方案下对诱导缝的开裂情况展开判断和分析,获取混凝土拱坝的应力变化趋势,以此完成碾压混凝土拱坝诱导缝的开裂分析。结果表明,诱导缝区域混凝土拱坝应力明显低于其他区域,应力减小的幅度和与诱导缝距离之间呈反比,区域产生的应力与诱导缝距离越远越小。

基于监测数据的重力坝施工期-蓄水期-运行期工作性态仿真分析

在“双碳”背景下,由于抽水蓄能电站大坝初次蓄水后运行水位升降变化频繁,致使大坝不同阶段边界条件不断变化,其施工期-蓄水期-运行期工作性态值得重视和研究。针对这一问题,以周宁抽水蓄能碾压混凝土重力坝为例,结合监测数据分析和三维有限元仿真计算程序Saptis,对重力坝施工期-蓄水期-运行期工作性态进行全过程研究分析。结果表明:施工期混凝土实际监测温度与仿真计算温度过程基本吻合,混凝土最高温度受浇筑季节和材料分区影响,混凝土最大应力不超过1.5 MPa,满足抗裂要求;蓄水期水位以下混凝土表面温度基本等于库水温,随着库水温变化而发生周期性变化,水位变化区的混凝土变形和应力随着水位的变化而变化;长期运行后,大坝变形逐渐增大,坝顶最大可达到16 mm,大坝混凝土长期应力小于混凝土允许应力,抗裂安全满足要求。

百色RCC重力坝右岸坡坝段变形破坏机制及稳定性评价

由于广西百色RCC重力坝右岸坡档水坝段与河床坝段具有不同的地形地质特性，相应坝段的变形破坏机制及坝基稳定性存在差异，运用非线性有限元数学模型研究右岸坡挡水坝段坝基稳定性的成果，揭示该坝段在超载或岩体强度参数下浮条件下，坝基呈现的破坏机制和多种抗滑稳定安全度。

右江百色 RCC 重力坝坝基稳定三维地质力学模型试验研究

采用三维地质力学模型试验方法，引用强度储备与超载相结合的概念，在同一个模型上完成坝基稳定的破坏试验，探讨百色重力坝河槽右侧两个非溢流坝段坝基破坏失稳过程、机理及特征，得出了综合稳定安全度。

考虑垂向重力作用的堤坝离心模型渗流特性研究

对堤坝渗流离心模型试验中的垂向重力作用进行分析,推导同时考虑重力场和离心力场下的渗流控制方程.改进变网格有限单元法,求解堤坝模型稳定渗流区域的自由面位置和总单宽流量,并对重力作为渗流驱动力和渗流阻力的情况分别分析.结果表明:当离心机臂长Rb≥2 m且相似比尺N≥60时,堤坝离心模型计算结果与解析解答较为接近;当重力作为渗流阻力时,堤坝模型计算结果与解析解答相差较大,因此需要合理设置上、下游水位位置,使得试验结果更加准确,为堤坝渗流离心模型试验提供参考.

基于温度控制的碾压混凝土坝施工方案仿真与优化研究

碾压混凝土坝施工方案的优选不仅需要考虑施工机械配置、施工进度、施工方法等自身因素,而且更要结合温度控制等影响因素。以碾压混凝土坝施工方案优选为研究对象,综合运用计算机仿真模拟技术、计算机系统开发技术等方法 ,研究和开发一套基于温度仿真控制下的碾压混凝土坝施工仿真计算分析系统。将传统碾压混凝土坝施工仿真与温度场仿真进行耦合计算,可为施工方案优化研究提供技术保障,从而可以更加全面、准确地进行方案优化选择。

大花水RCC双曲拱坝施工期仿真分析

大花水RCC拱坝(H=134.5m)是世界上已建的最高的碾压混凝土双曲薄拱坝。大坝在碾压施工过程中,陆续发现了十几条裂缝,并有多条贯穿性裂缝。本文通过对全坝进行施工期全过程仿真分析,对施工过程中出现的裂缝现象进行深入细致的分析,得出施工过程中温度应力过高是导致大坝裂缝产生的重要原因。

高寒地区某RCC重力坝施工期温控措施研究

以西藏雅鲁藏布江中游某碾压混凝土重力坝为例,采用三维有限元法仿真分析其9#溢流坝段在不同温控措施下的温度场与温度应力场,确定坝体温度控制标准,并对不同温控措施进行敏感性分析。结果表明,最佳温控措施为:强约束区、弱约束区、自由区的浇筑温度分别为12、16、20℃;冷却水管间距1.5 m×1.5 m,一期通水25 d,水温10℃;低温季节覆盖厚5 cm的保温板。在推荐温控措施下,该碾压混凝土坝的温度场及温度应力场能够满足温控要求。

RCC重力坝施工期温控防裂研究

以某碾压混凝土(Roller Compacted Concrete,RCC)重力坝为研究对象,通过编制相应的RCC施工期温度场和应力场仿真计算程序,对RCC重力坝施工期全过程的温度场分布及变化规律进行分析。结果表明,控制浇筑温度后,有效降低了坝体整体温度和坝体混凝土开裂的风险,研究成果可为类似工程的温控设计提供参考。

高拱坝施工仿真模型中优先浇筑规则选择与评价

为了提高混凝土高拱坝施工仿真的运用效果,并为该方面的软件开发及工程应用提供有益借鉴,针对高拱坝浇筑施工仿真优先浇筑规则选择和评价缺乏标准的问题,在深入研究影响优先浇筑规则因素的基础上,提出了高混凝土拱坝施工仿真中常用的优先浇筑规则类型,包括均衡上升-最低块优先浇筑规则、特殊部位优先规则、老混凝土优先浇筑规则、岸坡坝段优先浇筑规则、奇数或偶数坝段优先规则和其他优先规则,以及优先规则选择的评价指标,包括浇筑进度以及度汛等关键控制性节点进度、浇筑进度形象面貌、混凝土月浇筑强度分布、老混凝土产生量。结合忠玉水电站高拱坝进行实例分析,证实了所提优先浇筑规则类型和评价指标的合理性。相关成果可供类似工程混凝土浇筑施工借鉴。

高海拔气候环境下碾压混凝土重力坝施工期开裂风险分析

DG水电站位于高寒高海拔地区,气候环境复杂。为研究施工期碾压混凝土温控防裂问题,选取DG水电站厂房坝段为研究对象,采用三维数值仿真模拟技术进行施工期大坝温度场和温度应力计算,以及气温骤降、昼夜大温差对坝体影响的敏感性分析。研究结果表明:气温骤降、昼夜大温差在坝体表面分别产生约1.4,0.9 MPa的拉应力,易在坝体表面引起裂缝;为了减小由此引发的混凝土开裂风险,采用混凝土表面保温防护措施之后,坝体表面温度应力相应得到显著改善,拉应力分别减少至约0.3,0.4 MPa。

福建某碾压混凝土重力坝温控仿真及温控标准研究

亚热带地区高温季节气温与热带相似,且昼夜温差大,对大坝混凝土温控防裂较为不利.本文以福建省某典型碾压混凝土重力坝工程为例,采用有限元法开展了大坝混凝土温控措施及温控标准研究.基于稳定温度场计算结果,依托规范并参考相似工程提出相应温控标准;通过不同方案对浇筑温度、冷却水温和水管间距等温控措施进行了敏感性分析,并据此给出了推荐温控方案.仿真结果表明不采取温控措施时各区最高温度均不能满足控制要求;最高温度对浇筑温度较为敏感,但只控制浇筑温度时,后期内部温度下降缓慢,可能在低温季节产生较大的内外温差而导致表面开裂;综合考虑浇筑温度及通水冷却,可有效降低最高温度及后期内外温差.研究成果可为亚热带地区的类似工程提供参考.

基于施工过程仿真的高碾压混凝土坝施工工艺研究

古贤水利枢纽工程混凝土量大、工期紧,施工工艺及并仓规划是高碾压混凝土重力坝施工的关键问题,直接决定着施工速度和各种资源的投入,因此引入离散事件系统仿真技术建立符合坝型特点的施工仿真模型对坝体混凝土分仓、并仓、跳仓施工过程进行模拟计算。经多方案模拟比选后推荐平斜层结合工艺及相应的仓面划分方案,并提出仓面工艺控制准则,为古贤工程大坝施工方案的制定提供了全方位的数据支持,其仿真模型模拟机制亦可供其他同类型工程参考。

水下爆炸对重力坝的毁伤效应及最优爆距

为研究不同爆距水下爆炸对重力坝的毁伤效应,并探讨是否存在“最优爆距”,基于离心模型试验建立了炸药-库水-空气-重力坝结构的全耦合数值模型,并设计了60组数值计算工况。不同工况水深均为600 mm,炸药量为2.2 g,重力坝模型几何比尺为1/80,包含5组爆深(50~250 mm),每组爆深对应12组爆距,爆距范围为10~200 mm,相应比例爆距范围为0.077~1.54 m/kg^(1/3)。对比分析了不同爆距水下爆炸对重力坝的毁伤程度,并定量比较了重力坝平均损伤、单元删除率、应力、应变等参数。结果表明,对于重力坝整体结构破坏,如重力坝整体弯曲导致的拉伸破坏,水下爆炸对重力坝的毁伤效应存在“最优爆距”,即随着爆距增加重力坝毁伤程度先增加后降低;与之类似,随着爆距的增加,重力坝上游坝面损伤区域的平均损伤、重力坝单元删除率、坝踵最大拉应力平均值和坝踵最大拉应变平均值先增加后降低且在40 mm爆距附近达到最大值。保持水深、炸药量和重力坝几何模型相同,5组不同爆深近水面水下爆炸对重力坝毁伤效应的“最优爆距”均在40 mm附近,表明近水面水下爆炸时爆深对“最优爆距”不存在显著影响。