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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

锦屏一级高拱坝施工关键技术

锦屏一级水电站大坝为目前世界最高拱坝,是我国总体设计和施工难度最大的高拱坝工程,其施工中解决了复杂地质条件高边坡施工、高拱坝混凝土骨料选择与供应、高拱坝混凝土高强度快速施工与温度控制、复杂地基处理施工等关键技术难题,保证了大坝的顺利建成,推动了我国高拱坝建设技术进步。

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。

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。

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。