Key technologies for the construction of the Xiluodu high arch dam on the Jinsha River in the development of hydropower in western China

Hydropower development in China is concentrated in the country's western regions.Among all the rivers in China,the lower course of the Jinsha River contains the richest hydro-energy resource,and therefore,4 mammoth hydropower plants are under construction on this particular section of the river at Wudongde,Baihetan,Xiluodu,and Xiangjiaba.The water-blocking structures of the hydropower facilities at Wudongde,Baihetan and Xiluodu are all arch dams of around 300 m high.In view of changes in the geological conditions at the foundation of the Xiluodu dam on the riverbed after excavation started,the designs of expanding foundation surface excavation and dovetailing the dam body and foundation rock on both upstream and downstream sides were introduced,allowing the arch dam and foundation to fit each other and improving the stress conditions of the dam body and foundation.By dividing the dam body into various concrete sections,the dynamic properties of concrete were adequately adjusted to the distribution of stress in the dam body.In addition,the use of the most optimal concrete material and mixture ratio allowed thermodynamics of concrete to satisfy the requirements of the strength,durability,temperature control and crack prevention of the concrete.Moreover,rigorous temperature control measures were introduced to prevent harmful cracking,thus enhancing the integrity of the arch dam.Furthermore,sophisticated construction machinery,scientific testing methods,and sound construction techniques were employed to ensure the uniformity and reliability of concrete placement.The "Digital Dam" for the Xiluodu project,which is based on the theory of total life cycle,has supplied strong support for construction process control and decision-making.

高拱坝表中孔窄缝式挑坎泄洪雾化特性分析

对古学水电站拱坝表中孔窄缝布置方案的泄洪雾化特性进行分析,根据物理模型试验成果,率定出不同频率洪水条件下,坝身表中孔的泄洪雾化水力因子,然后考虑水舌入水形态、复杂河谷地形及气象条件等因素,得到了泄洪风场与雾化降雨强度的等值线分布。研究表明,坝身表中孔采用窄缝出口体形,泄洪水舌纵向拉开,水舌两侧溅水受到前部遮蔽,且当表中孔联合泄洪时,内外侧不同水舌间也发生相互遮蔽。由于水舌两侧雾化源受到削弱,使得窄缝体形在保证消能安全的同时,能有效减小两岸雾雨爬升范围。在坝身各种泄洪条件下,雾化降雨分布范围在坝下80~700 m之间,两岸雾化雨区爬升高度仅为120~140 m,右岸下游电厂尾水出口处降雨强度0~20 mm/h,已属自然降雨范畴。

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。

基于KPCA降维分析的特高拱坝监测模型

为提高大坝变形预测精度,针对变形数据影响因子间的多重共线性问题,构建了基于核主成分分析(KPCA)、全局搜索策略的鲸鱼优化算法(GSWOA)和门控循环单元(GRU)的组合预测模型。首先利用KPCA对高维变形序列进行降维处理,同时使用GSWOA对GRU参数进行优化,进而构建出最优变形预测模型。以小湾特高拱坝变形数据为例,将KPCA-GSWOA-GRU模型与KPCA-WOA-GRU模型、PCA-GSWOA-GRU模型以及传统模型进行预测拟合对比。结果表明:KPCA-GSWOA-GRU模型有效降低了多重共线性问题,且在均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分比误差(MAPE)和决定系数(R^(2))等方面均优于对比模型。

旭龙水电站枢纽布置设计研究

为整体提高旭龙水电站主体工程的安全可靠性与经济环保性,通过对大坝、泄洪消能、地下厂房等建筑物布置的深入研究与方案比选,使枢纽主要建筑物避开不良地质构造范围,并利用优良的河床坝基与右岸地下电站围岩条件,确定了河床布置混凝土双曲拱坝、采用全坝身泄洪3表孔加4中孔,右岸布置地下厂房,左岸布置导流洞的紧凑枢纽布置格局。该方案降低了边坡开挖高度,减小对工程区环境影响,优化减少工程占地面积与开挖等土建工程量,显著节省了工程投资,充分体现了环保设计理念,可为《长江保护法》实施后的水电站枢纽布置设计提供参考。

鸡鸣口引水枢纽坝型比选研究

根据鸡鸣口引水枢纽地形地质条件等基本资料,对自密实块石混凝土拱坝、混凝土重力坝和混凝土闸坝3种坝型方案进行技术经济比较,依据比较结果,推荐鸡鸣口引水枢纽采用自密实块石混凝土拱坝坝型。

旭龙水电站泄洪消能设计研究

为了研究高地震烈度区特高拱坝设计采用全坝身泄洪的可行性,以旭龙水电站特高拱坝为例,对泄洪消能布置、水力指标、坝身孔口布置方式、体型以及孔口结构抗震影响等方面进行研究和综合比选后,推荐采用全坝身3表孔加4中孔泄洪、下游反拱水垫塘消能方案。研究表明:合适的坝身孔口布置体型可保障泄洪消能安全与减轻岸坡泄洪雾化,反拱水垫塘安全性和经济性较好,孔口结构对坝体整体极限抗震性能无影响,高地震烈度区特高拱坝设计采用全坝身泄洪是可行的。研究成果可为类似工程泄洪消能建筑物设计提供参考。

Technology improvements and management innovations in construction of Xiluodu hydropower station on Jinsha River

Developer and owner:China Three Gorges Corporation(CTG)Engineering management:China Three Gorges Projects Development Corporation(CTGPC)Designer:Chengdu Engineering Corporation Co.,Ltd.,Power

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。

强震区超高拱坝抗震处理措施设计优化

基于大岗山拱坝地质条件复杂、地震烈度高,按照静载设计、动载复核的原则,对大岗山拱坝抗震设计开展了研究。通过计算分析和模型试验,采用布置梁向抗震钢筋、跨缝阻尼器、抗力锚索与坝基薄弱岩体灌浆等工程技术措施,提升了大岗山水电站超高拱坝的抗震稳定安全性。

坝基措施对高拱坝抗震性能影响的比较研究

拱坝拟建场址的河谷地形、地质条件通常很复杂,坝基处理对于改善拱坝受力状态具有很重要的作用。针对白鹤滩拱坝采取不同的坝基措施(无垫座和扩大基础、设置坝肩垫座、扩大基础),对比分析了在设计地震动下,拱坝位移、横缝开度以及坝体损伤等响应随着地震动强度增大的变化规律。结果表明,采取扩大基础和垫座对于拱坝地震动抗震性能是有利的,坝肩垫座对拱坝整体地震动响应及损伤破坏的影响不大,扩大基础影响较大。

汇源水电站浆砌石拱坝除险加固处理方案比选

汇源水电站由大坝、发电引水闸等建筑物组成,大坝为浆砌石拱坝。针对大坝存在的抗洪能力低、坝体最大拉应力不满足规范要求、坝体轻微渗漏及绕坝渗漏等问题,提出了扩孔、加高两种可选方案,进而对两种方案进行比选分析,从坝体稳定性、施工等多方面综合考虑,选择了扩孔方案作为解决该水库防洪能力弱问题的最优方案。对选定方案的坝体进行应力分析复核,分析结果满足规范要求。除险加固后能够消除大坝的安全隐患,为解决同类问题提供了设计思路。

特高拱坝施工进度仿真研究与应用

针对高拱坝仓数多、约束条件多、关系复杂等难题,为确保白鹤滩大坝整体均衡、连续上升,借鉴二滩、小湾、锦屏一级、溪洛渡、大岗山等拱坝施工进度仿真经验,融合工程物联网与离散系统仿真技术,提出了多要素多维耦合的高拱坝智能进度仿真理论,研发了特高拱坝进度仿真系统,实现了基于BIM全参数驱动的动态分层、图形化快速建模及施工进度的动态分析。工程应用实践表明,该仿真系统功能应用良好,为现场施工计划的编制、进度动态管理,提供了科学指导。

溪洛渡水电站上游围堰渗流分析及防渗型式比较

本文采用固定网格有限元渗流分析方法 ,对溪洛渡水电站上游围堰五种防渗结构型式进行了二维和三维渗流分析 ,分析结果具有良好的规律性 ,表明了该方法的可靠性。计算结果表明碎石土斜心墙防渗型式的抗渗性能要优于土工膜斜墙防渗形式。一般的土石坝渗流分析需要考虑基岩透水性较强部分空间分布的三维特性。

溪洛渡水电站上游围堰防渗体裂缝对渗流控制的影响

采用固定网格有限元渗流分析方法 ,对溪洛渡水电站上游围堰防渗体发生裂缝等非常工况进行了三维全场渗流分析 ,并且提出了渗透坡降临界区的概念以评价围堰的渗透稳定性。计算结果表明 ,当防渗墙出现局部裂缝时 ,围堰的渗流量明显增大 ;在裂缝附近渗透坡降较大 ,但衰减较快 ,围堰渗流量和渗透稳定性与裂缝尺寸密切相关。

高拱坝整体稳定问题的试验研究

针对高拱坝的整体稳定问题,阐述了地质力学模型试验研究技术、方法及应用。地质力学模型,在材料模拟方面,除必须模拟坝基岩体的力学变形特征外,还必须模拟坝体、坝基内部各种不连续面,如裂缝、断层、软弱夹层及具有显著连通率的节理裂隙的分布和力学性能,以及建筑物基础岩体的非线性特征。它不仅限于研究已知荷载条件下的某一状态,更重要的是研究在渐增荷载作用下直至破坏的整个变化过程,给出一个相当明显的形象直观概念和量值结论。锦屏高拱坝是目前世界上在建的最高双曲薄拱坝,大坝承受水压力巨大,坝址地质条件复杂,其设计和分析都是超出现行规范,使锦屏高拱坝的稳定安全性成为人们极为关注的问题。采用地质力学模型试验进行研究分析,以验证与评价锦屏高拱坝的整体稳定安全性,具有十分重要的意义。

普定碾压混凝土拱坝温度场仿真研究

利用ANSYS软件及其二次开发技术,基本实现了碾压混凝土拱坝温度场全过程的仿真计算. 根据数值仿真计算并结合理论分析及我国首座碾压混凝土拱坝某些温度监测数据,得出了影响坝体温度场变化及其仿真计算可靠性的主要因素. 为检验普定拱坝温度场仿真分析结果的合理性,将仿真结果与实测值进行了比较分析,计算分析结果可为深入研究普定碾压混凝土拱坝真实工作性态提供参考依据,具有一定的工程应用价值.

基于分布式光纤测温的特高拱坝温控预报研究

针对溪洛渡水电站特高拱坝混凝土通仓浇筑时温度控制特点,建立了一套温度控制预警系统,其功能包括分布式光纤测温和温度控制预报。在该拱坝典型坝段埋设了光纤对混凝土温度实时在线监测,并首次在现场安置监测房,实现近距离永久观测。基于光纤测温成果,采用遗传算法反演混凝土热学特性参数,结论认为:反演获得的热学参数能够更真实地反映大坝混凝土的热学特性,可用于混凝土施工温控预报;在此基础上建立的温度控制预警系统达到了超前温度预报的目的,可将最高温度控制在允许范围内,同时为后期开裂风险预报奠定了基础。

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。

李家峡拱坝水平位移监测资料统计模型对比分析

为了更准确地分析大坝水平位移的变化规律,在建立坝体水平位移的统计模型时,采用温度周期项和温度实测值对温度分量进行建模,并将模型应用于李家峡拱坝进行对比分析.结果表明,利用温度周期项建立的模型,模型计算值与实测值拟合较好,模型能够很好地反映出大坝水平位移的变化规律.