当前混凝土坝建设中的几个问题

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1、水利学报年月第卷第期文章编号当前混凝土坝建设中的几个问题朱伯芳中国水利水电科学研究院结构材料研究所北京摘要本文就混凝土坝建设中的几个问题进行讨论指出大坝安全是混凝土高坝的关键问题分析了混凝土坝的破坏条件和安全系数的取值指出由于样本太少可靠度理论应用于混凝土坝设计无实际意义指出了拱梁分载法的固有缺点包括计算基础变形的系数过于粗糙不能计算库水影响及施工过程的影响等提出了改进混凝土坝安全评估的方法对于一般的拱坝和重力坝可采用有限元等效应力法对于重要工程应进行全坝全过程有限元仿真分析建议研究混凝土长期持荷强度和混凝土振捣密实度无损检测方法指出通过全面温控长期保温可结束无坝不裂的历史关键词混凝土坝安全评

2、估长期持荷强度全坝全过程仿真长期保温混凝土质量无损检测中图分类号文献标识码我国在建混凝土坝的数量和高度均居世界首位经过努力有可能成为世界混凝土坝第一强国但稍有不慎也可能酿成大害要建造一座良好的混凝土高坝需要做好规划勘探设计施工运行管理等多方面的工作本文不拟全面讨论这些问题只就设计施工科研方面的部分问题进行探讨提出一些看法指出大坝安全是混凝土高坝的关键问题建议研究一些重要而未受重视的问题如混凝土长期持荷强度和混凝土振捣密实度的无损检测方法提出大坝安全评估方法的改进进一步讨论目前争论较大的可靠度理论应用于混凝土坝设计问题指出依靠全面温控长期保温可以结束无坝不裂的历史大坝安全是混凝土高坝的关键问题年

3、板桥石漫滩两水库的溃决给人民的生命财产造成了巨大损失从统计资料来看混凝土坝的失事率比土石坝要低一些但混凝土坝的安全问题也是大坝建设中的一个核心问题以混凝土拱坝为例年建成的马尔帕塞拱坝高由于地质勘探和基础处理欠妥初次蓄水时即完全溃决年建成的加日拱坝高蓄水后坝体出现严重的裂缝并且裂缝不断发展最后被迫放弃此坝并在其上游另建一座拱坝年建成的托拉拱坝高初次蓄水到距正常蓄水位还有时即出现很多裂缝被迫在坝下游面设置拱肋和弧形重力结构进行加固年建成的柯茵布兰拱坝高水库蓄水至距坝顶时坝踵产生大裂缝排水孔漏水量达到?坝踵扬压力达到坝前水头的被迫用年时间进行修复在老坝下游另外修建一座拱坝支撑老坝我国一座特高拱坝设计

4、和施工质量都不错竣工时裂缝不多但蓄水多年后在坝体下游面陆续发现不少设计中未曾预料到的裂缝瑞士车伊齐尔拱坝高正常运行年之后因在距坝址坝下深处开挖公路隧洞引起坝基脱水导致大坝严重裂缝被迫放空水库用年时间进行大规模修补坝的应力水平与坝的高度大体成正比坝体越高应力越大特高混凝土坝的安全问题是当前坝工技术的焦点我国特高混凝土坝不但水头高而且库容大其安全问题实际上还关系到下游数座水收稿日期作者简介朱伯芳男江西人中国工程院院士主要从事水工结构研究库的安全因此特高混凝土坝的安全问题是当前坝工技术中的一个重要课题混凝土坝破坏条件混凝土坝的破坏是从局部破坏开始的局部破坏之后坝体应力重新分布破坏范围是否进一步发展也

5、取决于应力状态混凝土坝的破坏条件可表示为式中为实际拉剪或压应力为实际抗拉抗剪或抗压强度为实际安全系数以拱坝为例实际应力可表示如下式中为坝体自重引起的应力为作用于坝体表面的水荷载引进的应力为运行期坝体平均温度和等效线性温差引起的应力为施工期温度变化引起的应力为非线性温差引起的应力为运行期温度场边界条件的变化主要为上游水位变化所引起的应力为库区水荷载变化引起的应力为其他因素如地应力基础开挖与处理等引起的应力在目前的拱坝设计规范中只考虑了式中的前项即而没有考虑后面项即混凝土坝的实际强度可表示如下式中为实际强度为设计龄期试验强度为试件形状试件尺寸及湿筛影响系数为龄期系数?其中为坝体产生最大应力时的龄期

6、为设计龄期为长期持荷强度系数即长期持荷强度与室内标准试验持荷即破坏的强度比值为混凝土拌合及运输阶段的质量系数为混凝土平仓振捣质量系数为复杂应力状态系数以抗压强度为例根据国内外试验结果试件形状尺寸及湿筛影响系数约为龄期影响系数受龄期水泥混合材外加剂配合比坝体温度等多种因素的影响变化范围较大大致在范围之间国内没有做过长期持荷强度试验据国外试验资料长期持荷强度系数约为由于施工期间有大量机口取样和少量仓面取样的试验资料在式的个系数中混凝土拌合运输阶段质量系数是唯一可以用统计理论进行计算的系数只要给出失效概率根据试验资料可以计算相应的值但正是由于现场有大量抽查试样因此一般情况下系数不致于太小混凝土平仓振

7、捣质量在施工中很难检验系数的数值可能在较大范围内变化如果平仓振捣质量优良其值应接近或略小于如果平仓振捣质量很差从国内过去实际工程经验来看可能出现大范围不密实甚至蜂窝狗洞等架空现象就可能降至很低甚至接近于零坝工设计规范中采用的是简单应力状态下的强度实际工程破坏时是复杂应力状态下的强度后者与前者的比值即为在用三维非线性有限元方法计算时程序会自动考虑这种差别在用结构力学方法计算时可以计算计算方法见文献例