高拱坝真实工作性态研究及工程应用

2017-12-20

  一、项目名称:高拱坝真实工作性态研究及工程应用

  二、获奖年份、奖项名称及等级:2013年,大禹奖一等奖

  三、主要完成单位:中国水利水电科学研究院、清华大学、雅砻江流域水电开发有限公司、中国长江三峡集团公司、中国水电顾问集团成都勘测设计研究院、中国水电顾问集团西北勘测设计研究院

  四、主要完成人:张国新、朱伯芳、金峰、刘毅、徐艳杰、宁金华、王仁坤、姚栓喜、周绍武、周钟、刘有志、王进廷、潘坚文、胡平、杨萍

  五、成果介绍:

  该项目主要内容:主要内容:在国家自然科学基金以及其他科研经费的支持下,研究团队紧密合作,围绕高拱坝正常运行和强震作用下的真实工作性态开展了大量科研工作,提出了高拱坝建设的一些新理念,建立了高拱坝真实工作性态的分析方法,提出了相应的高拱坝自重、水压和温度等荷载的模拟方式,发展了渗流场计算中排水孔幕的等效模拟方法、拱坝横缝接触模型、考虑后期温升的绝热温升模型、模拟太阳辐射的坝面温度场模型等,开发了超大规模方程组求解高效并行算法,提出了相配套的混凝土参数和准则的选取方法,提出了提高高坝混凝土抗裂安全系数的建议,研究了混凝土碱骨料反应细观劣化机理,研发了全坝全过程仿真分析平台和强震下大坝从连续小变形到非连续大变形的动力损伤开裂破坏分析系统,研究成果解决了锦屏一级、溪洛渡、拉西瓦拱坝等300m级特高拱坝工程建设中遇到的一系列关键科学技术难题。

  本项研究取得的主要创新成果如下: 1)围绕高拱坝建设,首次提出了混凝土半熟龄期的概念,以及通过半熟龄期改善温度应力的方法;建立了研究混凝土碱骨料劣化效应的颗粒元细观分析模型;首次提出了考虑库水位变化时拱坝温度荷载的解析表达;建立了太阳辐射条件下基于晴空模型和光线追踪算法的拱坝温度场理论模型。 2)完整系统地提出了高拱坝真实工作性态研究方法,包括:考虑施工与蓄水过程的拱坝荷载特性及模拟方法、超大规模全坝全过程仿真分析的高效算法、考虑全级配大坝混凝土实际性能的参数选择与评价方法,研发了功能强大的计算平台,率先实现了高拱坝全坝全过程仿真模拟,应用于锦屏一级、溪洛渡、拉西瓦等特高拱坝工程。 3)建立了强震作用下高混凝土坝从线弹性到损伤开裂再到破坏的全过程仿真模型,实现了结构工程由小变形到大变形破坏的统一模拟,应用于溪洛渡、大岗山等特高拱坝工程,深化了拱坝较强抗震能力的机理性认识,优化了高拱坝抗震措施。 应用推广情况:基于上述创新成果,本项目提出的陡坡并缝结构、坝面保温措施、抗震措施等研究成果应用于锦屏一级、溪洛渡、拉西瓦等特高拱坝工程。目前,拉西瓦已建成投产,大坝工作性态正常,锦屏一级和溪洛渡拱坝也已下闸蓄水,工程质量优良,未发现贯穿性裂缝,裂缝总体数量少于同类工程平均水平。本项目研究成果对提高拱坝的安全性具有重要意义,产生了巨大的社会效益。本项目提出的夏季封拱灌浆、动态悬臂高度控制、推荐蓄水方案等研究成果在拉西瓦、溪洛渡、锦屏一级得到应用,拉西瓦拱坝提前发电3个月,锦屏一级缩短总工期10个月,溪洛渡缩短混凝土浇筑工期7个月,根据项目建设单位核算,直接经济效益为2.53亿元(详见应用与经济效益证明)。我国未来将在西南复杂条件地区修建白鹤滩、乌东德、马吉、松塔等多座300m级特高拱坝,本项目研究成果正在这些工程中推广应用,其模型方法也适用于其他工程结构的安全评估。

溪洛渡拱坝2012年6月实貌

溪洛渡拱坝2012年6月实时跟踪反馈温度、应力场云图

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