建设高质量永不裂缝拱坝的可行性及实现策略 On the feasibility of building high quality arch dams without cracking and the relevant techniques.pdfVIP

水 利 学 报 年 月 %’()( *’+,-. 第 卷 第 期 !# $ /0 $ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 文章编号： （ ） 44515/4 !# $1 $$4413 建设高质量永不裂缝拱坝的可行性及实现策略 朱伯芳 （中国水利水电科学研究院 结构材料研究所，北京 $/3 ） 摘要：拱坝的真实应力状态是很复杂的，与设计计算的应力状态有相当的差别，差别太大就可能引起大坝事故甚至 破坏，引起差别的原因包括：施工过程、施工期温度应力、运行期温度应力、库区水压力、渗透水、坝体接缝、地质构 造、地基变形及材料预期力学热学特性与实际值的差别等。在做好地质勘探工作的前提下，通过全坝全过程仿真 分析及基于有限元强度递减法的安全评估，可以充分揭露各种因素对拱坝应力、稳定及安全度的影响，避免重大事 故的发生。在做好基础温差等常规温度控制的基础上，再对上下游坝面进行永久保温，有可能使拱坝永远不裂，从 而提高坝的安全度和耐久性，延长坝的寿命，使拱坝建设达到新的更高的水平。 关键词：拱坝；全过程仿真计算；有限元强度递减法；永久保温；安全性；耐久性 中图分类号： 文献标识码： FGF4 - $ 研究背景 人类在古罗马时期就已修建了大量拱形建筑和拱桥，并开始修建一些较低的拱坝。早期的拱坝全 凭经验建造， 年建成的高 的佐拉拱坝是运用圆筒公式修建的第一座拱坝。 世纪初，人们开 $32/ /#7 ! 始运用固端拱、拱冠梁等方法设计拱坝，到 世纪 年代，随着高 的胡佛拱坝的修建，发展了一 ! / !!$7 套完整的拱梁分载法、分缝分块、水管冷却和接缝灌浆等设计和施工方法。近 年来，应力分析水平进 ! 一步提高，功能强大的有限元方法在多数国家已成为主流设计方法。 除了计算方法外，拱坝设计质量还与地质勘探、设计荷载、安全系数、体形选择、施工方法等多种因 ［］ 素有关 $ 。$542 年建成的高##7 的马尔帕塞拱坝，由于地质勘探和基础处理欠妥，初次蓄水时即完全 溃决。$54/ 年建成的加日拱坝（高2 $7 ，顶厚$ H /7 ，底厚! H 407 ），蓄水后坝体出现严重的裂缝，并且裂缝 不断发展，最后被迫放弃并在老坝上游另建一座拱坝。$5# 年建成的托拉拱坝（高557 ，顶厚 $ H 47 ，底 厚! H2/7 ），初次蓄水到距正常蓄水位还有!7 时即出现很多裂缝，被迫在坝下游面设置拱肋和弧形重 力结构进行加固。$503 年建成的柯因布兰拱坝（高!7 ，顶厚0 H #7 ，底厚/#7 ），水库蓄水至距坝顶 $7 时，坝踵产生大裂缝，排水孔漏水量达到 ，坝踵扬压力达到坝前水头的 ，被迫用 年时间进 !)I J $ K $# 行修复，在老坝下游修建一座拱坝支撑老坝。我国一座特高拱坝，设计和施工质量都不错，竣工时裂缝 不多，但蓄水 年后在坝体下游面发现不少设计中未曾预料到的裂缝。 4 按照规范设计、施工质量良好的拱坝，竣工以后还会出现事故的根本原因在于拱坝的真实应力状态 和材料特性与设计中预期值有较大差别，因此，有必要提高认识水平、改进设计理念并采取必要工程措