已浇筑混凝土对成坝安全性影响的判定方法技术

本发明专利技术公开了一种已浇筑混凝土对成坝安全性影响的判定方法，根据碾压混凝土重力坝典型坝段结构特点，建立了三维碾压混凝土重力坝有限元模型，采用ADINA有限元分析软件，考虑后续混凝土浇筑过程、后期蓄水以及裂缝存在的影响，分析了已浇筑混凝土对成坝安全的影响。本发明专利技术提出了一种碾压混凝土重力坝已浇筑混凝土对成坝安全影响分析方法，该方法能较为准确地模拟后续混凝土浇筑过程、后期蓄水以及裂缝存在等因素对已浇筑混凝土的影响，可为后续混凝土的浇筑和后期蓄水提供相应的依据和支撑。凝土的浇筑和后期蓄水提供相应的依据和支撑。凝土的浇筑和后期蓄水提供相应的依据和支撑。

【技术实现步骤摘要】
已浇筑混凝土对成坝安全性影响的判定方法


[0001]本专利技术涉及碾压混凝土重力坝安全性判定方法，具体涉及一种已浇筑混凝土对成坝 安全性影响的判定方法。

技术介绍

[0002]碾压混凝土重力坝是二十世纪八十年代以来发展较快的一种新的筑坝技术，以其快 速、经济的特点，受到坝工界的青睐。目前，关于后续浇筑过程、后期蓄水以及裂缝存 在等因素对已浇筑碾压混凝土质量影响的相关研究较少，而这恰恰是工程施工过程中所 关注的问题。因此，为保证后续混凝土浇筑以及后续蓄水工作的顺利开展，有必要研究 后续浇筑过程、后期蓄水以及裂缝存在等因素对已浇筑碾压混凝土的安全影响。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种已浇筑混凝土对成坝安全性影响的判定方法， 解决目前没有已浇筑混凝土对成坝安全性影响的判定方法的问题。
[0004]技术方案：本专利技术所述的已浇筑混凝土对成坝安全性影响的判定方法，包括以下步 骤：
[0005](1)根据碾压混凝土重力坝典型坝段具体尺寸，建立三维碾压混凝土重力坝有限元 模型，并根据后续施工过程和坝体材料分区，对所建立模型进行分层和分组；
[0006](2)基于ADINA有限元分析软件，输入预设的材料参数、边界条件和重力荷载， 对已浇筑混凝土进行有限元自重计算，得到自重作用下已浇筑混凝土的位移和应力，其 中，位移包括顺河向位移、横河向位移和竖直向位移，应力包括垂直应力、第一主应力 和第三主应力；
[0007](3)在步骤(2)的计算结果的基础上计算得到不同浇筑高程下已浇筑混凝土的位 移和应力，位移包括顺河向位移、横河向位移和竖直向位移，应力包括垂直应力、第一 主应力和第三主应力，根据计算结果，绘制已浇筑混凝土坝踵和坝址处特征点顺河向位 移、竖直向位移和垂直向应力与后续浇筑过程的关系曲线，并根据坝踵和坝址处应力关 系曲线，判断在后续浇筑过程中已浇筑部分混凝土的安全状态；
[0008](4)在步骤(3)的计算结果的基础上，针对不同蓄水期工况，考虑自重荷载、水 荷载、泥沙荷载、扬压力、浪压力的影响，计算得到已浇筑混凝土在各荷载联合作用下 的位移和应力，位移包括顺河向位移、横河向位移和竖直向位移，应力包括垂直应力、 第一主应力和第三主应力，根据计算结果，绘制已浇筑混凝土坝踵和坝址处特征点顺河 向位移、竖直向位移和垂直向应力与后期蓄水过程的关系曲线，并根据坝踵和坝址处应 力关系曲线，判断在后期蓄水过程中已浇筑部分混凝土的安全状态，求解已浇筑混凝土 与地基以及新浇筑部分混凝土之间的抗滑稳定安全系数，并将计算得到的安全系数与规 范数值进行对比，判别已浇筑混凝土的稳定状况；
[0009](5)根据步骤(4)的计算结果，绘制裂缝两侧节点点对顺河向位移、竖直向位移 和
垂直向应力随后续浇筑过程和后期蓄水过程的关系曲线，根据裂缝两侧节点点对位移 和应力关系，判定裂缝存在对成坝安全的影响；
[0010](6)根据步骤(3)-(5)的判定结果是否都满足安全需求最终判定已浇筑混凝土 是否满足成坝安全性需求。
[0011]其中，所述步骤(1)中三维碾压混凝土重力坝有限元模型中考虑灌浆廊道、排水 廊道以及防渗帷幕构造，采用八结点六面体单元进行空间离散，在模型中预设了1mm 宽的贯穿性裂缝单元，并进行了单独分组，在数值模拟计算过程中，使贯穿性裂缝单元 不参与运算。
[0012]所述步骤(2)中计算分两步进行，第一步是对模型地基部分进行地应力平衡，第 二步是在地应力平衡后的基础上进行已浇筑混凝土自重计算。
[0013]所述步骤(3)中已浇筑混凝土坝踵和坝址处特征点顺河向位移、竖直向位移和垂 直向应力与后续浇筑过程的关系曲线的X轴为后续浇筑次数，Y轴为已浇筑混凝土坝踵 和坝址处特征点顺河向位移、竖直向位移或垂直向应力，对于后续浇筑过程中已浇筑混 凝土坝踵和坝址处垂直应力，在后续浇筑过程中已浇筑混凝土坝踵和坝址处不允许出现 拉应力，且扣除应力集中影响后，最大压应力数值小于等于混凝土静态抗压强度则满足 安全需求，否则不满足安全需求。
[0014]所述步骤(4)中已浇筑混凝土坝踵和坝址处特征点顺河向位移、竖直向位移和垂直 向应力与后期蓄水过程的关系曲线的X轴为后期蓄水过程，Y轴为已浇筑混凝土坝踵和 坝址处特征点顺河向位移、竖直向位移或垂直向应力，对于后期蓄水过程中已浇筑混凝 土坝踵和坝址处垂直应力而言，在后期蓄水过程中已浇筑混凝土坝踵处可允许出现拉应 力，但坝址处不允许出现拉应力，且扣除应力集中影响后，最大拉应力数值和最大压应 力数值小于等于混凝土静态抗拉强度和静态抗压强度则满足安全需求，否则不满足安全 需求。
[0015]同时，根据有限元计算结果，采用如下公式求解已浇筑混凝土与地基以及新浇筑部 分混凝土之间的抗滑稳定安全系数，具体计算公式为：
[0016][0017]式中，K'为抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；f'为接触面出抗剪断摩擦系数； c'为接触面抗剪断凝聚力；A为接触面截面积；∑W为作用于坝体上全部荷载对滑动 面上的竖直向分值；∑P为作用于坝体上全部荷载对滑动面上的顺河向水平分值；n为 闸室底板节点个数；w
i
为滑动面上第i个节点所受的竖直向荷载；p
i
为滑动面上第i个 节点所受的顺河向水平荷载；i为编号，取值范围为1到n。
[0018]若已浇筑混凝土与地基以及新浇筑部分混凝土之间的抗滑稳定安全系数大于规范 规定值，则已浇筑混凝土整体稳定性满足安全需求。
[0019]所述步骤(5)中裂缝两侧节点点对顺河向位移、竖直向位移和垂直向应力随后续 浇筑过程和后期蓄水过程的关系曲线的X轴为后续浇筑次数和后期蓄水过程，Y轴为裂 缝两侧节点点对顺河向位移、竖直向位移或垂直向应力，对于后续浇筑过程和后期蓄水 过程中裂缝两侧节点点对顺河向位移和竖直向位移，如果两侧节点点对顺河向位移和竖 直向
位移差未超过裂缝宽度的1倍，则判定裂缝未发生扩展，满足安全需求，否则判定 裂缝宽度发生扩展，影响大坝整体安全，同时，对于后续浇筑过程和后期蓄水过程中裂 缝两侧节点点对垂直应力，两侧节点点对处不允许出现拉应力，且最大压应力数值均小 于等于混凝土静态抗压强度则满足安全需求，否则不满足安全需求。
[0020]所述步骤(6)中步骤(3)-(5)的判定结果都满足安全需求，则已浇筑混凝土质 量可满足后续混凝土的浇筑以及水库蓄水至各特征水位，反之，则不满足后续混凝土的 浇筑以及水库蓄水至各特征水位。
[0021]有益效果：本专利技术根据碾压混凝土重力坝典型坝段结构特点，建立了三维碾压混凝 土重力坝有限元模型，采用ADINA有限元分析软件，考虑后续混凝土浇筑过程、后期 蓄水以及裂缝存在的影响，分析了已浇筑混凝土对成坝安全的影响。本专利技术能较为准确 地模拟后续混凝土浇筑过程、后期蓄水以及裂缝存在等因素对已浇筑混凝土的影响，可 为后续混凝土的浇筑和后期蓄水提供相应的依据和支撑。
附图说明
[0022]图1是某碾本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种已浇筑混凝土对成坝安全性影响的判定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据碾压混凝土重力坝典型坝段具体尺寸，建立三维碾压混凝土重力坝有限元模型，并根据后续施工过程和坝体材料分区，对所建立模型进行分层和分组；(2)基于ADINA有限元分析软件，输入预设的材料参数、边界条件和重力荷载，对已浇筑混凝土进行有限元自重计算，得到自重作用下已浇筑混凝土的位移和应力，其中，位移包括顺河向位移、横河向位移和竖直向位移，应力包括垂直应力、第一主应力和第三主应力；(3)在步骤(2)的计算结果的基础上计算得到不同浇筑高程下已浇筑混凝土的位移和应力，位移包括顺河向位移、横河向位移和竖直向位移，应力包括垂直应力、第一主应力和第三主应力，根据计算结果，绘制已浇筑混凝土坝踵和坝址处特征点顺河向位移、竖直向位移和垂直向应力与后续浇筑过程的关系曲线，并根据坝踵和坝址处应力关系曲线，判断在后续浇筑过程中已浇筑部分混凝土的安全状态；(4)在步骤(3)的计算结果的基础上，针对不同蓄水期工况，考虑自重荷载、水荷载、泥沙荷载、扬压力、浪压力的影响，计算得到已浇筑混凝土在各荷载联合作用下的位移和应力，位移包括顺河向位移、横河向位移和竖直向位移，应力包括垂直应力、第一主应力和第三主应力，根据计算结果，绘制已浇筑混凝土坝踵和坝址处特征点顺河向位移、竖直向位移和垂直向应力与后期蓄水过程的关系曲线，并根据坝踵和坝址处应力关系曲线，判断在后期蓄水过程中已浇筑部分混凝土的安全状态，求解已浇筑混凝土与地基以及新浇筑部分混凝土之间的抗滑稳定安全系数，并将计算得到的安全系数与规范数值进行对比，判别已浇筑混凝土的稳定状况；(5)根据步骤(4)的计算结果，绘制裂缝两侧节点点对顺河向位移、竖直向位移和垂直向应力随后续浇筑过程和后期蓄水过程的关系曲线，根据裂缝两侧节点点对位移和应力关系，判定裂缝存在对成坝安全的影响；(6)根据步骤(3)-(5)的判定结果是否都满足安全需求最终判定已浇筑混凝土是否满足成坝安全性需求。2.根据权利要求1所述的已浇筑混凝土对成坝安全性影响的判定方法，其特征在于，所述步骤(1)中三维碾压混凝土重力坝有限元模型中考虑灌浆廊道、排水廊道以及防渗帷幕构造，采用八结点六面体单元进行空间离散，在模型中预设了1mm宽的贯穿性裂缝单元，并进行了单独分组，在数值模拟计算过程中，使贯穿性裂缝单元不参与运算。3.根据权利要求1所述的已浇筑混凝土对成坝安全性影响的判定方法，其特征在于，所述步骤(2)中计算分两步进行，第一步是对模型地基部分进行地应力平衡，第二步是在地应力平衡后的基础上进行已浇筑混凝土自重计算。4.根据权利要求1所述的已浇筑混凝土对成坝安全性影响的判定方法，其特征在于，所述步骤(3)中已浇筑混凝土坝踵和坝址处特征点顺河向位移、竖直向位移和垂直向应力与后续浇筑过程的关系曲线的X轴为后续浇筑次数，Y轴为已浇筑混...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭博文，李振全，张凯，鲁立三，高玉琴，李娜，宋力，王荆，刘忠，常芳芳，余元宝，校永志，查阳光，连军航，冯淑莲，
申请(专利权)人：黄河水利委员会黄河水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：