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水利学报

2002年9月SHUILIXUEBAO第9期

文章编号:055929350(2002)0920112205

碾压混凝土坝安全监控理论和方法

顾冲时1,吴中如1,吴相豪1
(11河海大学水电学院,江苏南京210098)

摘要:论文是利用原位监测资料对碾压混凝土坝的性态进行全面分析和反分析方面当前进展的综述,指出了
一些急待解决的热点问题,并介绍了最近提出的一些新的分析理论和方法。
关键词:碾压混凝土坝;安全监控;理论;方法
中图分类号:TV64213文献标识码:A

碾压混凝土坝是近20多年采用的新筑坝技术,融汇了常态混凝土坝的结构和碾压土石坝施工等
优点。由于碾压混凝土坝具有节约大量水泥、简化施工工艺、施工速度快、工程造价低和及早发挥工
程效益等优点,该筑坝技术得到迅速推广应用。至今已有20多个国家已建和在建碾压混凝土坝约200
多座,其中中国近40座。我国拟建的龙滩碾压混凝土重力坝(坝高217m)和在建的沙牌碾压混凝土
拱坝(坝高132m),将是世界上最高的碾压混凝土重力坝和拱坝。可以预料,随着西电东送和西部大
开发,水资源将得到进一步的深入开发利用,这种筑坝技术将被广泛推广。然而,在已运行的一部分
碾压混凝土坝中,出现较多裂缝、漏水和溶蚀等现象,如加拿大的Revelstoke和中国的水东等碾压混
凝土坝,相继出现裂缝、漏水和溶蚀等病变征兆,这不仅影响大坝的安全运行,而且有人对碾压混凝
土坝的筑坝技术产生质疑。因而,引起国际坝工界的高度重视,美国、加拿大、中国和日本等国的工
程技术人员,针对设计、施工中的问题,尤其是施工质量,进行了试验研究。但是,对原位监测资料
进行分析和反分析,并由此监控碾压混凝土坝的安全运行以及反馈设计、施工等方面,还不够深入,
以至对某些碾压混凝土坝出现的裂缝和漏水等现象难以解析。这除了碾压混凝土筑坝历史短等原因
外,其主要原因是对碾压混凝土坝的薄层碾压的层面和温度等还难以用较精确的数学模型和分析方法
加以模拟。因此,迫切需要对上述问题进行深入研究。

1研究状况

111温度及温度应力分析方面碾压混凝土坝是近20年出现的新坝型,由于碾压混凝土坝的筑坝材
料、施工工艺与常规混凝土坝不同,坝体温度的变化规律也不相同。国内外学者对此进行一些研究,
提出了一些计算方法,其基本思想是:采用有限元法,模拟大坝的施工和运行过程,根据试验资料选
取计算参数,逐时段分析坝体温度变化,但网格单元多,计算时间长。针对这一问题,朱伯芳[1]提出
了时间域分区异步长分析坝体温度场的方法。此外,坝体在温度荷载作用下产生的变形包括弹性变形
和徐变变形。混凝土的徐变变形在总变形中占有较大比重,对结构应力有显著影响。20世纪30年
代,国内外学者就已经对这个问题进行了研究,提出了一些分析方法。到目前为止,经过实践检验,
对于碾压混凝土坝,比较满意的计算方法常采用初应变法分析温度应力。

收稿日期:2001202226
基金项目:高等学校骨干教师资助计划;国家自然科学基金重点资助项目(50139030)
作者简介:顾冲时(1962-),男,江苏启东人,河海大学教授,博士生导师,主要研究方向:水工结构工程。

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112渗流分析方面20多年来,随着碾压混凝土坝规模的扩展,国内外学者对碾压混凝土的渗透性
作了一些探索。但由于碾压混凝土层面渗流问题的复杂性,系统研究的成果不多。我国开展这项研究
工作较早,主要在“七·五”期间结合铜街子工程、“八·五”期间结合龙滩工程作了一些试验及理论
分析。其中,朱岳明等[2]根据碾压混凝土坝逐层碾压构成的成层体系的结构特点,指出碾压混凝土坝
的渗透性是由碾压混凝土本体和层面的渗透性决定,具有明显的各向异性,对一般坝工而言,可视碾
压混凝土本体是一种均质各向同性体介质,其渗流特性可用简单的达西渗透定律来表示,层面渗流行
为为缝隙水流,与层面的水力隙宽、粗糙度、连通率、层面应力应变行为以及加载历史有关,在渗流
分析时,可简化成等效模型来处理。速宝玉等于20世纪90年代初涉足碾压混凝土渗透机理的研究领
域,他们通过对施工现场取样,在室内进行大量试验,获得了系统的资料,指出碾压混凝土本体的渗