高拱坝坝踵防渗措施与高重力坝水力劈裂研究

摘要

我国近期将兴建一批坝高近300m的特高拱坝和坝高大于200m的特高重力坝。国内外的工程实践、计算分析、模型试验表明，高拱坝，特别是坝高超过200m的特高拱坝，坝踵部位因施工期属于强约束区，运行期应力复杂，常常难以分析清楚是否会在基础或坝体部位出现裂缝，如柯恩布莱因拱坝，在运行期出现坝踵开裂，又如施莱盖斯拱坝，出现防渗帷幕拉裂问题，因此研究高拱坝坝踵防渗措施是有必要的。高碾压混凝土重力坝日益增多，高压水劈裂的稳定性也有探讨的必要，以保障大坝的安全。 本文在详细调研混凝土坝上游面止水防渗技术、混凝土面板堆石坝淤填自愈止水技术以及混凝土水力劈裂研究的基础上，结合“小湾水电站坝前防渗措施研究”项目，对特高常规混凝土拱坝上游面坝踵柔性防渗体系和坝前自反滤式防渗体系进行了深入研究；通过全级配混凝土试件高压水水力劈裂试验及有限元分析，研究了高重力坝考虑水力劈裂的安全问题。主要研究内容和成果如下： （1）提出了特高常规混凝土拱坝上游面坝踵柔性防渗体系的思想，结合小湾工程进行了大模型仿真试验论证，提出了可供设计参考的实施方案。柔性防渗体系的设想旨在高拱坝运行期坝踵如有开裂，能够避免高压水进入裂缝，以提高高拱坝运行期安全。柔性防渗体系实际工作状态复杂，目前的计算公式和小模型试验的摸拟与实际差别较大，尚未发现大模型仿真试验研究的报道。本文的仿真试验，采用改进的框架式结构试验模型进行，该模型不仅能够模拟1m长的裂缝，而且能够在3MPa水压力作用下实现裂缝的自由张开且能精确控制张开度，可以仿真试验各种柔性防渗材料在3MPa水压力和1mm到8mm宽裂缝作用下的性状。结合小湾拱坝实际需要和仿真试验结果，为小湾工程推荐了两种柔性防渗体系方案。 （2）提出了特高拱坝坝前自反滤式防渗体系的思想，结合小湾工程进行了大模型仿真试验论证，提出了可供设计参考的实施方案。自反滤式防渗体系的设想旨在运行期防渗帷幕如被拉裂，或存在其它渗漏通道时，减少渗水量。由于自反滤式防渗体系的效果目前难以分析清楚，本文采用改进的高压圆筒渗透仪对不同组成的自反滤式防渗体系的效果进行仿真试验，改进的高压圆筒渗透仪能模拟一条长350mm、宽15mm的裂缝，且能在一定渗流量情况下保持3MPa水压力。在仿真试验的基础上，提出了垫层的设置方法、粉煤灰的选择方法及其厚度确定方法和无纺布的选择方法。并结合小湾拱坝实际需要，提出了坝前自反滤式防渗体系的推荐方案。 （3）研究了高重力坝考虑高压水劈裂的安全问题，设计了混凝土水力劈裂试验装置，对不同龄期的混凝土进行了水力劈裂试验，根据试验结果与郑璀莹（中国水利水电科学研究院博士研究生，导师：贾金生）合作校正了水力劈裂有限元分析程序，并利用校正的程序分析了瑞士坝高285m的大狄克逊高重力坝和坝高216.5m的重力坝假定断面高压水劈裂的稳定问题。结果表明，大狄克逊重力坝采用的设计准则，考虑水力劈裂时是基本安全的；按我国现行混凝土重力坝设计规范确定的坝高大于200m的高重力坝断面，考虑水力劈裂时，安全问题是值得研究和关注的。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章高拱坝坝踵柔性防渗体系研究

第三章高拱坝坝前自反滤式防渗体系研究

第四章高重力坝水力劈裂研究

第五章结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢