陈村拱坝的裂缝成因分析研究.pdf

水电2006 国际研讨会 陈村拱坝的裂缝成因分析 郑璀莹1 1 2 2 张国新 周歧方 程利华 1.中国水利水电科学研究院，北京，100038；2.大唐陈村发电厂，安徽泾县，242500 摘要：陈村水电站位于安徽省皖南泾县的青弋江上。工程始建于 1958 年，工程从开工到主 体工程竣工，历经20 余年，设计和施工几经变更，直至 1982 年基本通过验收。由于各种因 素的影响，在施工及运行过程中，坝体混凝土陆续出现了大量的裂缝，将坝体混凝土切割成 块，危及到大坝的安全。进行裂缝的成因分析是进行陈村拱坝安全评价的重要基础。本文在 全面考虑坝址的地质条件、大坝的施工过程、气象水文条件的变化和溢流坝段、廊道、发电 引水洞、泄洪中孔底孔、闸墩等坝体构造，以及裂缝等坝体内部缺陷对大坝应力的影响的基 础上，对大坝的施工期到运行期进行了全过程的仿真模拟。通过计算分析得出，陈村拱坝混 凝土浇筑层较厚（6m ），并且在施工过程中采用温控措施有限，导致施工期温度应力较大， 这是产生坝体裂缝、一二期混凝土结合面脱开的主要原因。 关键词：裂缝模拟；全过程仿真；施工期温度应力 1 引言 3 陈村水电站位于安徽省皖南泾县的青弋江上，总库容24.76 亿m 。工程以发电为主，兼 有防洪、灌溉等综合效益。枢纽建筑物主要由混凝土重力拱坝、坝顶左右溢洪道、泄洪中孔、 底孔和坝后式厂房组成。大坝最大坝高76.3m ，坝顶宽度8m，最大底宽53.2m，分28 个坝块， 坝顶弧长419m 。 陈村大坝混凝土浇筑历时漫长。工程始建于 1958 年，1962 年停工缓建。1968 年复工， 至 1972 年大坝及主体工程基本完成。1978 年，为保证最大洪水时不漫顶，大坝又加高 1.3m。 工程从开工到主体工程竣工，历经20 余年，设计和施工几经变更，直至 1982 年基本通过验 收。大坝 I 、II 混凝土浇筑间隔时间长，并且在施工过程中，由于历史原因，片面强调工程 速度，没有重视温控措施，造成大坝的施工质量较差；加之复杂的地质地形条件，坝体受力 条件复杂。在施工及运行过程中，坝体混凝土陆续出现了大量的裂缝。位于大坝下游面 105m 高程附近的水平裂缝，长达300 余米，横贯24 个坝块，其中河床坝块的裂缝深度超过5m ； 下游面 111.5m 高程附近分布着横穿 16 个坝段的近似水平裂缝，经检测裂缝深度约为 12m； 另外，105m 高程检查廊道的顶部和坝的顶部分布有纵向铅直裂缝，坝顶纵向裂缝深度超过 8m。大量裂缝纵横交错，将坝体混凝土切割成块，危及大坝安全。 本文通过对大坝从施工期到运行期的全过程仿真模拟，来分析坝体裂缝的成因，并根据 有关裂缝发展过程的实际观测资料，模拟裂缝的开合变化过程，为全面掌握陈村大坝的真实 工作性态，以及为陈村大坝的修补加固和安全运行提供了重要参考。 564 水电2006 国际研讨会 2 裂缝开合模拟的接触面模型 陈村拱坝裂缝分布众多，在计算分析中，如何模拟坝体的大量裂缝，并在大规模仿真分 析过程中实现裂缝在反复加载条件下的开合模拟是正确分析大坝受力和工作性态的关键。 本文通过改进裂缝的接触面模型及开合迭代算法，实现对裂缝开合扩展的仿真模拟。所 采用的接触面模型为无厚度、带强度的接触单元，对已经出现了裂缝的结构，或结构内部存 在薄弱面，如混凝土施工缝、混凝土与基岩结合面等较适用，可以较好模拟裂缝的开合变化， 反映不连续面对结构的影响。 计算中引入接触面模型的状态变量，记录每个迭代步前后接触面的开合状态，认为单元 状态不再发生改变时迭代收敛。接触面单元状态变量的取值根据接触面的变形模式来确定。 模型考虑了接触面的粘结、滑移、张开和闭合四种变形模式，即： （1）在接触面单元发生拉裂和剪切破坏之前，单元处在粘结模式。 （2 ）当接触面单元受剪切破坏时，单元上下面错动，发生