高混凝土坝结构安全关键技术研究与实践

2017-12-19

  一、项目名称:高混凝土坝结构安全关键技术研究与实践

  二、获奖年份、奖项名称及等级:2016年国家科技进步二等奖

  三、主要完成单位:中国水利水电科学研究院,华能澜沧江水电股份有限公司,中国葛洲坝集团股份有限公司,水电水利规划设计总院,中国长江三峡集团公司,北京中水科海利工程技术有限公司

  四、主要完成人:贾金生,张国新,周厚贵,陈改新,王民浩,王永祥,王毅,刘毅,郑璀莹,涂劲

  五、成果介绍:

  混凝土坝是世界高坝建设的主要坝型之一,为重要基础设施。欧美和前苏联在引领混凝土大坝建设过程中曾发生过严重开裂漏水、溃坝等重大事故,造成巨大生命财产损失,表明混凝土大坝安全问题尚未得到根本解决。自 1990 年以来,在国家科技支撑、自然基金和重大工程科研项目等支持下,提出了基于大坝真实性态的设计新理念,形成了优质安全高效配套施工技术,解决了高混凝土坝施工期开裂、运行期高压水劈裂和性态预测误差大等难题。主要创新包括:

  1)提出了基于大坝真实性态的设计新理念。针对国内外以材料力学、刚体极限平衡法为基础设计 200m 以上高混凝土坝存在的问题,提出了有限元等效应力、变形体时程动态稳定、高压水劈裂等新分析方法及控制标准,取得了理论上的突破。提出了拱坝合理体形设计方法并开发了配套软件,提出了高混凝土坝抗高压水劈裂的柔性防渗、自反滤防渗结构。成果纳入规范并应用于小湾、锦屏一级、溪洛渡等 300m 级工程,其中小湾工程总渗漏量为 2.4L/S,为世界同类工程最低。

  2)发现了多元胶凝粉体的紧密堆积和复合胶凝效应。针对传统理念配制混凝土时高强度与高抗裂、高耐久难以兼顾的难题,提出利用多元胶凝粉体配制高强低热高抗裂水工混凝土的新方法,开启了高坝工程大规模使用 I 级粉煤灰、石灰石粉掺合料的先例。应用于三峡三期 400 万方混凝土,抗裂系数提升13.1%-50.0%,未见裂缝产生。成果纳入规范并得到广泛应用。3)提出了施工防裂智能监控新方法,创立了高混凝土坝安全、优质、高效成套施工技术。不仅实现了智能通水,还实现了混凝土拌制、运输、入仓、仓面环境控制、表面保护全过程智能监控,解决了温和地区与高寒、大温差地区混凝土坝的防裂抗裂问题。制定了 9 项国家级工法,研制了专有施工设备。应用于三峡三期、锦屏一级、藏木等高坝工程,是工程未发生危害性温度裂缝的关键,并创造了日浇筑混凝土 2.2 万方的世界纪录。

  4)开发了混凝土坝真实性态仿真平台,提出了混凝土损伤安全评价新方法。提出了高混凝土坝后期温升模型和基于反演的全过程仿真分析方法,实现了大坝从混凝土浇筑、运行、到劣化老化全生命期仿真与预测,解决了高混凝土坝性态预测误差大的难题。用于小湾工程变形预测,误差小于 3%。提出了基于全景微裂纹定量分析的混凝土损伤评价方法,建立了微观损伤与弹性波测定宏观性能之间的关系。用于丹江口、丰满等老坝工程,为最终决策提供了科学依据。

  研究成果在三峡、小湾、锦屏一级、溪洛渡、龙滩、丹江口、丰满等国内外40多座100m以上高坝工程中应用,国内已建在建200m以上特高混凝土坝100%应用了本项目技术。累计经济效益100多亿元。本项目研究成果为我国筑坝技术实现从跟随到引领的跨越做出了重要贡献。

 高压水劈裂模拟装置