Crucial technologies in the design of Xiluodu Super High Arch Dam

Some super high arch dams (SHADs),like Xiluodu Arch Dam,after their heights reaching the magnitude of 300 m,confront lots of technical challenges in design and construction.Several crucial technologies of 6 SHADs will be reviewed and discussed in this and consecutive papers,including Xiluodu,Jinping I in China,Baktiary in Iran,etc.,on the topics of the research method,criterion for evaluation and engineering application of dam safety analysis and evaluation,reasonable dam base interface,dam shape optimization,comprehensive treatments of complex foundation,anti-seismic engineering,dam construction material,concrete placement and temperature control,instrumentation and monitoring of dam operation,etc.This paper will mainly focus on the overall safety of SHADs,reasonable dam base interface analysis and evaluation and their engineering application.     

石门子碾压混凝土拱坝温度场实测与仿真计算

碾压混凝土坝的非稳定温度场是进行仿真应力计算和设计的基础。根据理论分析和数值计算 ,分析各热学参数和非热学参数对非稳定温度场的影响。通过对石门子工程(在建 )进行工程实际监测 ,取得了一些高程测点实测温度变化过程 ,并与仿真计算结果相比较。为模拟混凝土中粉煤灰后期放热 ,提出双 e曲线模型 ,使仿真计算结果更符合实际。按所提出的方法进行非稳定温度场的计算预测 ,从而对大坝后期浇筑作指导 ,具有较好的工程应用价值。     

面向对象的高拱坝施工全过程动态仿真

为了建立通用的高拱坝施工仿真模型,以适应不同水电工程的复杂性与特殊性,在高拱坝施工全过程动态仿真中引入面向对象的仿真方法.构建高拱坝施工仿真系统的仿真建模框架体系,通过对象识别和层次划分,建立了仿真模型完整的系统分类与层次结构,论述面向对象技术在高拱坝施工全过程动态仿真中的应用过程,给出了仿真主控模块、高拱坝施工全过程仿真行为推理等关键技术的实现方法,并结合工程实例进行了应用.面向对象的高拱坝施工全过程动态仿真提高了仿真系统的可复用性、易维护性和可扩展性,并为仿真系统与虚拟仿真、智能化仿真的结合提供了理论基础.     

丹达河水电站拱坝混凝土垫座温控方案比较研究

西南地区某水电站拟修建拱坝,为改善地基质量,保证拱坝结构安全,在3号坝段和4号坝段底部设置了混凝土垫座结构.针对该水电站混凝土垫座结构,基于有限元方法,利用ANSYS软件建立混凝土垫座计算模型,使用ANSYS二次开发程序,对垫座混凝土进行了多组温控参数敏感性分析,并结合规范规定的温度控制标准,最终确定最优温控措施.仿真分析结果表明,采取最优温控措施能有效降低施工期混凝土内部的温度应力,减少混凝土开裂的风险,提高结构的安全性.为相似工程温控方案的选择提供参考.     

一种在覆盖层上建造拱坝新措施的可靠性分析

针对中国山区河道中小型拱坝在不开挖覆盖层下坝基渗透变形问题,以金盆电站拱坝为例,采用三道防渗墙联合高压旋喷灌浆的措施进行基础处理.运用Comsol Multiphysics数值模拟方法,对拱坝的坝体和底部防渗墙进行三维有限元应力研究.结果表明:在各种控制工况下,坝体及坝基防渗墙在上、下游面最大拉应力分别为0.6、0.55 MPa,最大压应力分别为5.0、7.0 MPa,应力分布均在合理范围0.8～8.0 MPa以内.将该措施下的大坝位移情况与观测数据分析对比,得出位移耦合模拟结果与实测数据坝顶测点LD1-LD2、坝底LD3-LD4二者的水平位移相对误差仅为(5.9％,8.0％)、(5.8％,6.0％);垂直位移相对误差仅为(5.9％,5.8％)、(6.3％,5.8％),各时段坝体变形数值大小均在允许误差10.0％以内,分布规律满足要求,在该措施下大坝处于安全可控.     

含灌浆横缝碾压混凝土拱坝仿真应力和双轴强度判别

由于施工过程逐层浇注混凝土，自重和温度荷载同时加载，都存在徐变效应。作者提 供了累计温度和自重的徐变应力计算方法和程序，结合碾压混凝土（ＲＣＣ）拱坝工程提供了施工 期仿真应力特点。用简化弹性应力计算施工末期坝体温度下降到运行期坝体稳定变温场受河 床及两岸基础和自身相对变形的约束应力，并和水压应力叠加取得运行期碾压混凝土拱坝仿 真应力，施工期和运行期仿真应力形成最终组合应力。文中提供的混凝土双轴强度判别为应用 仿真应力进行设计提供了条件，仿真计算为碾压混凝土拱坝设计和工程实践提供了可靠依据。     

自重施加模拟方式对高拱坝工作性能的影响

为研究拱坝的不同自重施加方式对高拱坝的应力变形的影响,结合溪洛渡高拱坝实例,采取七种不同自重施加模拟方案,研究混凝土高拱坝在不同自重加载过程条件下对坝体结构工作状态的影响。有限元分析结果表明:受分步分块体形和自重累计影响,不同的自重施加模拟方式对拱坝的应力场与位移场的影响比较大,随着自重施加步数增多,仿真结果更为合理,水平拱向分层次数较竖直分缝数目对坝体性能影响更为明显,其中坝体的主拉应力和横河床方向位移变化最为敏感,分析成果对拱坝设计施工以及安全控制指标有一定的参考价值。     

锦屏一级拱坝约束坝块高温季节施工温控仿真

基础约束区是拱坝温控防裂工作中比较重要的部位,高温季节浇筑会增加温控防裂的难度.对锦屏一级高拱坝河床坝段的约束区混凝土建立了有限元模型,采用冷却水管的离散算法,对高温季节的施工过程进行了仿真计算,得到了模型的温度场和徐变应力场,根据计算结果提出了高温季节施工可行的温控措施,为设计和施工提供了重要的参考.     

溪洛渡导流洞堵头混凝土温控设计研究

水电工程导流洞在水库蓄水前都要用永久性混凝土堵头进行封堵.以溪洛渡水电站导流洞堵头为例,采用FZFX3D软件对堵头混凝土施工期进行全过程仿真分析,对比了中热水泥和低热水泥两种混凝土对堵头温度场应力场的影响,得出结论:低热水泥混凝土堵头的稳定性较好.本文所提出的结论与建议对类似水电站导流洞堵头稳定性分析以及水电站蓄水发电和安全运行具有一定的参考价值.     

整体碾压混凝土拱坝工艺及温度场仿真计算

选用了整体碾压混凝土（ＲＣＣ）拱坝的可行施工工艺，提供了混凝土坝施工期到运行期温度场的仿真计算方法和温度信息处理方法。利用我国某碾压混凝土坝的现场实测结果，对温度计算值及变化进行了验证，结果良好。数值计算用来预测我国拟建的某碾压混凝土拱坝从施工开始到长时间运行的仿真温度变化。仿真计算表明工艺对施工期温度变化影响大，对由施工末期到运行期温降值也影响较大。根据温度场的变化规律选择了碾压混凝土拱坝合理的施工工艺。     

锦屏一级拱坝左岸混凝土垫座温控仿真分析

采用三维有限单元法实际模拟锦屏一级拱坝左岸混凝土垫座施工浇筑过程,进行温度场和徐变温度应力场的仿真分析．通过计算值和实测值的对比以反演实际混凝土绝热温升,以此来校核并优化设计温控措施和温控标准．重点对在2009年3月开浇的1730m高程以上的几个浇筑层进行了温控仿真计算,计算结果表明无论是温度还是应力都能满足设计标准,并为施工提供参考依据．     

The research and practice of major technological issues on design of Three Gorges Project

The dam of Three Gorges Project is characterized by large flood discharge capacity,more outlets,complicated flood discharge and energy dissipation structure,and the stability of the bank powerhouse dam foundation is endangered by large gentle-dip structural plane of the bedrock due to the deep excavation of powerhouse at the dam-toe.For the dam body concrete,the durability requirement is high and the temperature control and crack prevention are difficult.The practical experience which could be used for reference in the design and construction of asphalt concrete core wall for Maopingxi protective earth-rock dam is scarce.The power station operates with high water head and large head variation.The type selection of penstock and intake as well as the embedding way of spiral case are complicated in technique,and the tailrace tunnel with sloping ceiling of underground power plant is arranged instead of traditional tailrace surge tank.For the double-line five-step ship-lock,the design of fully lined ship-lock,high head delivery system and large-sized miter gates and hoists is very challenging due to high operation head,complicated delivery conditions and building in deep excavated rock.The preferred solutions,optimal schemes and technical measures for various structures,as well as the innovation achievements proved by practice are highlighted.     

白鹤滩拱坝三维非线性有限元分析

采用三维非线性有限单元法对白鹤滩拱坝进行了3种荷载组合下的非线性分析。结果表明,在基本荷载组合一工况下,坝体上游面有最大主拉应力为6.04 MPa,发生在坝底550 m高程右拱端,下游面有最大主压应力为14.50 MPa,发生在620 m高程左拱端;坝体自重施加方式对坝体应力,尤其是上游面拉应力,有较大的影响;但在基本荷载组合一工况下,坝体自重按整体自重考虑,上游面最大主拉应力6.04 MPa,有限元等效最大主拉应力为3.15 MPa。     

三峡二期大坝温控仿真反馈分析系统

为提高三峡工程温度控制的科技水平，三峡总公司委托中国水利水电科学研究院研制开发了“三峡二期工程大坝温控仿真反馈分析系统”，提出了一整套先进的计算方法，开发了可模拟混凝土坝施工过程、计算大坝施工期与运行期不稳定温度场与徐变应力场的仿真程序系统。为工程提供一套功能完备、使用方便的温控分析系统，该系统可实时分析大坝的温度与应力分布状态，为温控设计与施工，提供了可靠的科学依据。     

对低坝岩基软弱夹层增稳措施的探讨

提出了对影响坝体稳定的薄层软弱夹层采取混凝土桩加固的办法。该法可增大夹层的抗剪能力，达到坝体连同部分坝基沿软弱夹层的抗滑稳定安全，避免了因采取大开挖造成的投资加大、工期加长的弊端。     

溪洛渡水电站拱肩槽高边坡稳定性的三维有限元分析

溪洛渡拱坝高273 m,拱肩槽开挖高边坡最高约250 m,其整体稳定性是复杂的空间问题.作者采用三维有限元方法对拱肩槽边坡的应力场和位移场进行了模拟,计算结果表明:该方法能较全面、真实地反映实际情况,为工程高边坡的整体稳定性评价和坡比设计提供依据.     

Research advance in failure risk and local strength failure for high arch dams

To develop national economy and use the water resources and hydropower resources sufficiently,a lot of high arch dams,with the height of more than 200 m,have been and will be built in China.Although arch dams have good mechanical behavior,there is still failure possibility due to the huge water pressure and high stress level in dam,complex topographic and geologic conditions,formidable environment and high intensity earthquake.As one of the three main aspects concerning the safety of high arch dam,the study on global destruction,has been elaborated in the literatures,and research advance in the other two aspects,namely the failure risk and local damage of high arch dams,will be reviewed in this paper.In recent years,the failure risk of high arch dams has been investigated,and the model for identifying dam failure risk factors has been established.It is shown that the foundation deterioration and strong earthquake are the major risk sources for high dam failure.With the fault tree method,the failure mode and failure probability of high arch dams are studied,and the principle for determining failure mode and the method of calculating failure probability are proposed.Meanwhile,the determination principle of acceptable risk standard for high arch dam was proposed,and the acceptable risk rate and the acceptable standard value of various risk losses were given.For the local damage of arch dam,it is pointed out that the local damage belongs to the strength failure at material level.The study on local failure mechanism of arch dam is reviewed,based on the theories that from traditional strength theory to damage mechanics and meso-mechanics theory.Aiming at the cracking,the main pattern of local failure of high concrete dam,the research advances in the analysis methods and cracking criteria for smeared crack model and discrete crack model are summarized,and the research findings of preventive measures for local failure are shown.     

高拱坝混凝土二期冷却优化研究

利用数值仿真计算方法,在基本温控方案的基础上,进行了更细致的温控措施优化设计.为了达到技术上与经济上双优的目的,根据不同灌浆区的混凝土龄期、混凝土温升过程、封拱温度等,系统研究了在不同季节里、在不同高程上采取不同温控措施的可行性,得到了拱坝温度场与应力场的特征参数,为施工单位根据当时的特定需要,进行二期冷却或三期冷却提供了依据.     

高拱坝施工期温控防裂时空动态控制措施及工程应用

归纳总结了国内外混凝土拱坝温控的若干技术问题．提出了高拱坝施工期温控防裂时空动态控制措施,即通过优化水管冷却的过程控制、细化冷却分区、精细化仿真计算反馈分析、建立温控决策支持系统、强化预警预报机制等手段,实现对混凝土温度的时空动态控制．基于该措施,设计了一系列科学、合理的拱坝混凝土施工技术路线,并应用于大岗山双曲拱坝的建设中．实践表明,该研究成果对大岗山拱坝的温度控制及防裂具有显著的成效,给类似工程提供了借鉴和参考．     

浅谈小型水库混凝土拱坝坝体稳定的除险加固方法

结合某病险水库工程的缺陷和隐患,考虑到混凝土拱坝受力情况的特殊性和复杂性,分析了小型水库混凝土拱坝坝体稳定除险加固的原理及方法,并通过多种方案比较选出了合适的拱坝坝体稳定的除险加固设计方案。实践证明,该工程加固效果较好,有效发挥了其防洪、灌溉等综合效益。