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1、关于混凝土坝的两个新理念,1.混凝土半熟龄期 2.混凝土坝数字监控,混凝土半熟龄期,提高混凝土抗裂能力的新途径,提高抗裂能力传统方法,1.降低水泥用量 混合材（粉煤灰、矿渣） 减水剂 2.降低线胀系数（石灰岩） 3.改变自生体积变形（MgO） 4.提高极限拉伸 5.提高抗拉强度 6.降低弹模E,提高抗裂能力新方法 改变半熟龄期 当 （5）,图1 半熟龄期1/2,半熟龄期的计算 （4） 1.指数式 （6） （7） 2.双曲线式 （8） 3.复合指数式 （9） （10）,半熟龄期的工程意义 半熟龄期小， 上升快， 散热少，温差大 半熟龄期大， 上升慢， 散热好，温差小,小,大,图3 自由墙（单位：
2、m）,图4 自由墙中心点温度过程线,图5 自由墙表面应力过程线,（a） （b） 图6 岩基上的浇筑块计算网格 （20结点单元，岩基只示意一部分）,图7 自然冷却时岩基上浇筑块中心温度过程线比较,图8 自然冷却时岩基上浇筑块中线温度包络图比较,图10 自然冷却时岩基上浇筑块中线应力包络图比较,图11 有水管冷却时岩基上浇筑块中心温度过程线比较,图12 有水管冷却时岩基上浇筑块中线温度包络图比较,图14 有水管冷却时岩基上浇筑块中线应力包络图比较,改变混凝土半熟龄期的途径,4.1 改变水泥矿物成分与水泥细度 应压低C3S含量、提高C2S含量 硅酸盐水泥 C3S含量 比表面积 20世纪30年代 30
3、% 220m2/kg 目前 50% 340-370m2/kg,4.2 采用混合材料与外加剂 混合材 外加剂 过去：初凝和终凝时间 今后：改变半熟龄期,混凝土坝的数字监控,2 仪器监测不足 2.1 仪器观测断面太少,图1 混凝土坝观测断面,2.2 观测剖面不能给出温度场和应力场变化全貌,图4 岩基上3层混凝土浇筑块中央断面水平应力x分布,图1 重力坝三维仿真计算第一主应力包络图（MPa）,2.3 仪器观测的局限 不能给出应力场 只能给出变位场 不能给出大坝安全系数,3 大坝数字监控 1.全坝全过程仿真分析 2.反分析 3.材料变形 弹性、徐变、非线性 4.全部荷载 自重、温度、水压力、渗流、地应
4、力 5.预报功能,4 数字监控在施工期的作用 1.及时了解大坝温度场及应力场 2.预报大坝后期应力场 3.及时发现问题 及时采取对策,图5 柯茵布兰拱坝裂缝（高程：m） （a）纵横剖面；（b）11-21坝段水平断面（阴影部分为开裂区）；（c）中央坝段断面 11978年裂缝；21983年裂缝；3下游裂缝；4水平施工缝； 5龙巴迪推测的开裂线；6基岩内裂隙；H水平剪力,特高拱坝裂缝预防,图4 某拱坝2004年7月15日的温度云图（）,图5 某拱坝2005年1月15日大坝整体第一主应力云图（10-2MPa）,图6 某拱坝2005年1月15日各坝段顺河向应力云图（10-2MPa）,5 数字监控在运行期
5、的作用 （1）计算大坝温度场和应力场 （2）运行期条件改变的评估 （3）大坝安全评估,图21-1-7 车伊齐尔拱坝裂缝 1上游面横缝张开；2下游面主裂缝；3灌浆孔；4检查孔；5灌浆孔； 6监测孔；7横缝；8电梯井及检查廊；9灌浆廊；10脚手架； 11主裂缝；12、13、14、15灌浆孔；16监测孔,现行混凝土坝安全评估方法的不足,（1）没有考虑施工过程对坝体应力的影响； （2）只考虑了坝面的水压力，没有考虑地基的水荷载及地应力； （3）忽略了运行期非线性温差的影响； （4）不能考虑非线性变形及坝体裂缝和接缝的影响。 （5）不能充分利用实测资料,实例1 某重力拱坝 坝高76.3m 施工期：195
6、8-1962 1968-1972 没有温控 裂缝严重,反分析、全坝全过程仿真 考虑应力历史，冬季超载 K=1.80 夏季超载 K=1.91 不考虑应力历史 K=2.17 多拱梁计算 K=12.34,图3 某重力拱坝仿真计算模型中的横缝和裂缝单元,垂直裂缝,横缝,水平裂缝,例2 某重力坝 1937-1945，浇混凝土89% 1948-1953，完工 H=90.5m 三条纵缝，上部无键槽 下部有键槽，未灌浆,按“重力坝设计规范”计算 材料力学计算：无拉应力 有限元计算：拉应力深度：0.02B0.07B 抗滑稳定 K=2.82 略小于3.00 仿真计算 考虑应力历史及纵缝 K=1.11（冬季） K=1.14（夏季） 不考虑应力历史及纵缝 K=1.67 加厚4m K=2.33 正常重力坝 K=3.26,今后工作,软件 工地运行 控制准则,