高拱壩壩踵防滲措施與高重力壩水力劈裂研究.pdf

1、我國(guó)近期將興建一批壩高近300m的特高拱壩和壩高大于200m的特高重力壩。國(guó)內(nèi)外的工程實(shí)踐、計(jì)算分析、模型試驗(yàn)表明，高拱壩，特別是壩高超過(guò)200m的特高拱壩，壩踵部位因施工期屬于強(qiáng)約束區(qū)，運(yùn)行期應(yīng)力復(fù)雜，常常難以分析清楚是否會(huì)在基礎(chǔ)或壩體部位出現(xiàn)裂縫，如柯恩布萊因拱壩，在運(yùn)行期出現(xiàn)壩踵開(kāi)裂，又如施萊蓋斯拱壩，出現(xiàn)防滲帷幕拉裂問(wèn)題，因此研究高拱壩壩踵防滲措施是有必要的。高碾壓混凝土重力壩日益增多，高壓水劈裂的穩(wěn)定性也有探討的必要，以保障大

2、壩的安全。 本文在詳細(xì)調(diào)研混凝土壩上游面止水防滲技術(shù)、混凝土面板堆石壩淤填自愈止水技術(shù)以及混凝土水力劈裂研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合“小灣水電站壩前防滲措施研究”項(xiàng)目，對(duì)特高常規(guī)混凝土拱壩上游面壩踵柔性防滲體系和壩前自反濾式防滲體系進(jìn)行了深入研究；通過(guò)全級(jí)配混凝土試件高壓水水力劈裂試驗(yàn)及有限元分析，研究了高重力壩考慮水力劈裂的安全問(wèn)題。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下： （1）提出了特高常規(guī)混凝土拱壩上游面壩踵柔性防滲體系的思想，結(jié)合小灣工

3、程進(jìn)行了大模型仿真試驗(yàn)論證，提出了可供設(shè)計(jì)參考的實(shí)施方案。柔性防滲體系的設(shè)想旨在高拱壩運(yùn)行期壩踵如有開(kāi)裂，能夠避免高壓水進(jìn)入裂縫，以提高高拱壩運(yùn)行期安全。柔性防滲體系實(shí)際工作狀態(tài)復(fù)雜，目前的計(jì)算公式和小模型試驗(yàn)的摸擬與實(shí)際差別較大，尚未發(fā)現(xiàn)大模型仿真試驗(yàn)研究的報(bào)道。本文的仿真試驗(yàn)，采用改進(jìn)的框架式結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行，該模型不僅能夠模擬1m長(zhǎng)的裂縫，而且能夠在3MPa水壓力作用下實(shí)現(xiàn)裂縫的自由張開(kāi)且能精確控制張開(kāi)度，可以仿真試驗(yàn)各種柔性防滲

4、材料在3MPa水壓力和1mm到8mm寬裂縫作用下的性狀。結(jié)合小灣拱壩實(shí)際需要和仿真試驗(yàn)結(jié)果，為小灣工程推薦了兩種柔性防滲體系方案。 （2）提出了特高拱壩壩前自反濾式防滲體系的思想，結(jié)合小灣工程進(jìn)行了大模型仿真試驗(yàn)論證，提出了可供設(shè)計(jì)參考的實(shí)施方案。自反濾式防滲體系的設(shè)想旨在運(yùn)行期防滲帷幕如被拉裂，或存在其它滲漏通道時(shí)，減少滲水量。由于自反濾式防滲體系的效果目前難以分析清楚，本文采用改進(jìn)的高壓圓筒滲透儀對(duì)不同組成的自反濾式防滲體系

5、的效果進(jìn)行仿真試驗(yàn)，改進(jìn)的高壓圓筒滲透儀能模擬一條長(zhǎng)350mm、寬15mm的裂縫，且能在一定滲流量情況下保持3MPa水壓力。在仿真試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了墊層的設(shè)置方法、粉煤灰的選擇方法及其厚度確定方法和無(wú)紡布的選擇方法。并結(jié)合小灣拱壩實(shí)際需要，提出了壩前自反濾式防滲體系的推薦方案。 （3）研究了高重力壩考慮高壓水劈裂的安全問(wèn)題，設(shè)計(jì)了混凝土水力劈裂試驗(yàn)裝置，對(duì)不同齡期的混凝土進(jìn)行了水力劈裂試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果與鄭璀瑩（中國(guó)水利水電科