复杂地基上高拱坝安全度分析

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1、第一章绪论§卜1拱坝发展概况及其结构特点1．1．1拱坝的发展人类修建拱坝具有悠久的历史。早在古罗马时代，人们就己意识到拱结构具有较强的拦蓄水流的能力，于现今的法国圣·里米省南部建造了一座鲍姆拱坝⋯。这是迄今为止发现的世界上的第一座拱坝。1843年建成的佐拉拱坝翻开了人类坝1：史新的一页，第一次明确用水平拱作用(圆筒)计算了拱坝，第一次强调拱坝的安全性取决于它的弯曲和两岸的岩体强度。到二十世纪20～40年代，美国丌始修建较高的拱坝，包括高99m的巴菲罗比尔拱坝和高达221m的胡佛坝。在这一时期，拱坝设计理论和施工技术有了较大的进展，如应力分析

2、的拱梁试载法、坝体温度计算和温度控制措施、坝体分缝和接缝灌浆、地基处理技术等。50年代以后，技术更先进的拱坝大量出现，模型试验技术快速发展。西方各国和Fil本修建了许多双曲拱坝，在拱坝体型、复杂坝基处理、坝顶溢流和坝内开孔泄洪等重大技术上有了新的突破，从而使拱坝厚度减小，坝高加大，即使在比较宽阔的河谷上修建拱坝也能体现其经济性。进入70年代，随着计算机技术的发展，有限单元法和优化设计技术的逐步采用，使拱坝设计和计算周期大为缩短，设计方案更加经济合理。水工结构模型试验技术、混凝土施工技术、大坝安全监控技术的不断提高，也为拱坝的工程技术发展和改

3、进创造了条件。目前世界上已建成超过200米的拱坝有18座，最高的拱坝是Georgia的Inguri拱坝(坝高272m)。新中国成立后，我国水利水电事业迅速发展。50年代，建成了首批高混凝土拱坝一--87．5m高的响洪甸拱坝和78m高的流溪河拱坝。大量开始建设拱坝是在70年代和80年代，这个时期我国每10年建成的拱坝数超过300座。世界拱坝建设的重心，又从二战后的欧洲转到了70年代后的中国，在世界范围内，形成了拱坝建设的第三个高峰时期。80年代以来，更向200米以上的高拱坝进军。据({WorldRegisterofDams(1988)))统计

4、，截至1986年底，全世界已建成高度15m以上的拱坝达1608座(占世界大坝总数36235座的4．4％)，其中我国拱坝河海大学硕士学位论文有753座，占全世界拱坝总数的47．3％；又根据中国大坝委员会的统计，截至1998年底，中国已建成高度30m以上的拱坝521座，其中包括高240m的二滩拱坝，高178m的龙羊峡拱坝【2】。与此相应，有关技术如拱坝应力变形计算，拱坝稳定分析，拱坝动力分析和抗震，拱坝温控、灌浆和地基处理，拱坝优化、水力学和渣洪消能，碾压混凝土拱坝，拱坝施工技术，拱坝模型试验等，都取得了长足进步【3】。由于我国电力能源结构的调

5、整，我国还要修建大量拱坝乃至极高的拱坝。据最近的统计资料【4】，我国已经开工修建和即将修建的、高度超过200米的高坝中有7座是拱坝(表1．1)，它们的规模和难度远远超过国内外已建的拱坝。由于坝高库大，坝体和地基内的应力水平高，为了保证大坝具有足够的安全度，大坝的设计和施工将会提出一系列研究课题，这将推动科研水平的进一步提高。表1．1中国在建和拟建的高坝(高度超过200米)工程名称所在地坝高(m)装机(Mw)库容(亿方)坝型溪洛渡金沙江27312600115．7拱坝白鹤滩金沙江27712000191．5拱坝虎跳峡金沙江2784200378．8

6、拱坝锦屏一级雅砻江3053000100．O拱坝小湾澜沧江2924200151．3拱坝拉西瓦黄河254372010．6拱坝构皮滩乌江232．5300055．64拱坝龙滩红水河2164200272．7重力坝糯札渡澜沧江2585000230．4土石坝苗家坝白龙江263100043。0土石坝水布垭清江233150047．4面板坝1．1．2混凝土拱坝的特点拱坝是一种不甚规则的、变厚的、宏大的整体壳形结构。拱坝的接体，一般依靠横缝和纵缝的接缝灌浆“联接”起各自独立浇筑的混凝土柱状坝块来形成，有时还要用边块与坝肩岩体间的接触灌浆来最终实现，利用这种土木界

7、常用的拱壳封堵河道，抵挡巨大的水沙压力及其它荷载。作为国内外主要的坝型之一，其2第一章绪论优越性已锝到广泛的认可。首先它的外荷载主要是通过拱的作用传递到坝瑞两岸，坝体应力状态以受压为主，这一特性能适应坝体材料(混凝土或砌石)抗压强度高的特点，使材料的强度能充分发挥；其次，既然拱坝的荷载主要是通过拱的作用传递到坝端两岸，所以拱坝的稳定性主要是依靠坝端两岸岩体来维持，而不像重力坝主要靠自重维持，因此拱坝的体积较重力坝小得多，在坝址、坝高条件相同的情况下，拱坝体积可为重力坝的1／1．5～1／5，从而节省了材料。此外，拱坝属于高次超静定的空间壳体结

8、构，具有相当强的承载能力和自身调节能力。当外荷载增加或拱坝某局部开裂时，坝体应力可以自行调整，只要坝肩稳定可靠，坝体安全度一般较大。国内外拱坝结构模型破坏试验表明：混凝土拱坝的超