狭窄V形河谷对陡坡坝段混凝土温控防裂影响的分析方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910421396.X (22)申请日 2019.05.20 (71)申请人 华电福新周宁抽水蓄能有限公司 地址 355400 福建省宁德市周宁县狮城镇 兴业街180号 申请人 中国水利水电科学研究院 (72)发明人 曾继坤周站勇刘东旭王振红 汪娟辛建达侯文倩粘智光 (74)专利代理机构 北京超成律师事务所 11646 代理人 邓超 (51)Int.Cl. E02B 7/04(2006.01) G05D 23/19(2006.01) (54)发明名称 一种狭窄V形河谷对陡坡。

2、坝段混凝土温控防 裂影响的分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种狭窄V形河谷对陡坡坝段 混凝土温控防裂影响的分析方法， 涉及水利工程 技术领域， 包括依次进行的如下步骤： 建立包含 地基和大坝结构的三维计算模型， 形成计算条 件， 得出狭窄V形河谷下大坝混凝土的温度和应 力分布规律， 分析不同的河谷形式下坝体混凝土 的温度和应力大小， 得出河谷形式对坝体混凝土 最大应力的影响大小和影响范围。 该分析方法为 在狭窄V形河谷筑坝提供了安全科学的系统性分 析方法。 权利要求书2页 说明书6页 附图7页 CN 110106835 A 2019.08.09 CN 110106835 A 1.一种狭窄V。

3、形河谷对陡坡坝段混凝土温控防裂影响的分析方法， 其特征在于， 包括依 次进行的如下步骤： 建立包含地基和大坝结构的三维计算模型， 形成计算条件， 得出狭窄V形河谷下大坝混 凝土的温度和应力分布规律； 分析不同的河谷形式下坝体混凝土的温度和应力大小， 得出河谷形式对坝体混凝土最 大应力的影响大小和影响范围。 2.根据权利要求1所述的狭窄V形河谷对陡坡坝段混凝土温控防裂影响的分析方法， 其 特征在于， 依据狭窄V形河谷的实际特性建立包含地基和大坝结构的所述三维计算模型； 所 述狭窄V形河谷的实际特性包括河谷横剖面呈 “V” 字形， V型河谷两岸边坡的倾斜角和坡度。 3.根据权利要求2所述的狭窄V形。

4、河谷对陡坡坝段混凝土温控防裂影响的分析方法， 其 特征在于， 建立所述三维计算模型后， 同时建立至少两个对比模型。 4.根据权利要求1所述的狭窄V形河谷对陡坡坝段混凝土温控防裂影响的分析方法， 其 特征在于， 所述形成计算条件包括在所述三维计算模型上设置结构的材料分区和浇筑分 层， 并设置每层的浇筑时间， 浇筑温度和水管间距。 5.根据权利要求1所述的狭窄V形河谷对陡坡坝段混凝土温控防裂影响的分析方法， 其 特征在于， 所述得出狭窄V形河谷下大坝混凝土的温度和应力分布规律具体包括如下步骤： 根据所述三维计算模型和计算条件， 采用计算域的结构划分和计算过程的划分， 结合温度 场和应力场计算公式，。

5、 对三维模型进行温度场和应力场的计算， 最后得出狭窄V形河谷下大 坝混凝土的温度和应力时间分布规律和空间分布规律。 6.根据权利要求5所述的狭窄V形河谷对陡坡坝段混凝土温控防裂影响的分析方法， 其 特征在于， 对所述温度场和应力场的计算包括对浇筑温度与稳定温度之差所引起的温度应 力 1和水化热温度引起的温度应力 2进行叠加计算， 其中所述温度应力 1用约束系数法求 得， 由如下式(1)求得， 其中所述温度应力 2由如下式(2)求得： 式中:Kp由混凝土徐变引起的应力松弛系数， 在缺乏试验资料时， 可取0.5； R基础约束系数， 当混凝土弹模Ec和基岩弹模ER相近时， R可按00.6取值， 当混。

6、凝土 弹模Ec和基岩弹模ER不相等时， 建基面处R可按0.30.7取值； Ec混凝土弹性模量， MPa； 混凝土的泊松比； 混凝土的线膨胀系数， 1/； Tp混凝土浇筑温度， ； Tf坝体稳定温度， ； T(y)应力计算点y处的温度值， ； Ay( )在y 处加一对单荷载P1， 对计算点y所产生的正应力影响系数， 02取值； T( )在y 处的温度， ； 权利要求书 1/2 页 2 CN 110106835 A 2 y坐标y的增量， m； l浇筑块长边尺寸， m。 7.根据权利要求6所述的狭窄V形河谷对陡坡坝段混凝土温控防裂影响的分析方法， 其 特征在于， 对所述温度应力 1和所述温度应力 2。

7、进行叠加计算的公式由如下式(3)求得： 1+ 2 (3)。 8.根据权利要求1所述的狭窄V形河谷对陡坡坝段混凝土温控防裂影响的分析方法， 其 特征在于， 所述分析不同的河谷形式下坝体混凝土的温度和应力大小包括对狭窄V形河谷 下大坝混凝土的温度和应力分布规律进行分析， 对典型剖面温度和应力包络图进行分析以 及对特征部位特征点的温度和应力发展过程曲线进行分析。 9.根据权利要求1所述的狭窄V形河谷对陡坡坝段混凝土温控防裂影响的分析方法， 其 特征在于， 还包括根据河谷形式对坝体混凝土最大应力的影响大小和影响范围分析得到不 同狭窄V字形河谷性质的大坝混凝土的开裂风险， 通过大坝混凝土的开裂风险制定狭。

8、窄V型 河谷的温控措施和标准。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110106835 A 3 一种狭窄V形河谷对陡坡坝段混凝土温控防裂影响的分析 方法 技术领域 0001 本发明涉及水利工程技术领域， 具体而言， 涉及一种狭窄V形河谷对陡坡坝段混凝 土温控防裂影响的分析方法。 背景技术 0002 狭窄V字形河谷具有两岸边坡陡峭的特征， 在陡边坡上浇筑混凝土时， 由于混凝土 受陡边坡基岩的约束， 产生较大的温度应力， 浇筑块上的温度应力与裂缝防范密切相关， 由 于目前没有合适的分析方法对陡坡坝段混凝土温度控制和裂缝防止提供系统科学的分析 方法。 0003 鉴于此， 特提出本发明。 发明内容 00。

9、04 本发明的目的在于提供一种狭窄V形河谷对陡坡坝段混凝土温控防裂影响的分析 方法。 该分析方法提供了计算域结构和计算过程的温度和应力计算公式， 通过建立相应的 计算模型， 可以分析狭窄V字形河谷对所建大坝的影响范围和影响大小， 得到狭窄V字形河 谷对大坝的约束程度和约束范围， 进而分析出不同狭窄V字形河谷性质的大坝混凝土的开 裂风险， 为狭窄V型河谷的温控措施和标准提供重要技术参考。 0005 本发明是这样实现的： 0006 一种狭窄V形河谷对陡坡坝段混凝土温控防裂影响的分析方法， 包括依次进行的 如下步骤： 建立包含地基和大坝结构的三维计算模型， 形成计算条件， 得出狭窄V形河谷下 大坝混。

10、凝土的温度和应力分布规律， 分析不同的河谷形式下坝体混凝土的温度和应力大 小， 得出河谷形式对坝体混凝土最大应力的影响大小和影响范围。 0007 在本发明应用较佳的实施例中， 依据狭窄V形河谷的实际特性建立包含地基和大 坝结构的三维计算模型； 狭窄V形河谷的实际特性包括河谷横剖面呈 “V” 字形， V型河谷两岸 边坡的倾斜角和坡度。 0008 在本发明应用较佳的实施例中， 上述建立三维计算模型后， 同时建立至少两个对 比模型。 0009 在本发明应用较佳的实施例中， 上述形成计算条件包括在三维计算模型上设置结 构的材料分区和浇筑分层， 并设置每层的浇筑时间， 浇筑温度和水管间距。 0010 在。

11、本发明应用较佳的实施例中， 上述得出狭窄V形河谷下大坝混凝土的温度和应 力分布规律具体包括如下步骤： 根据三维计算模型和计算条件， 采用计算域的结构划分和 计算过程的划分， 结合温度场和应力场计算公式， 对三维模型进行温度场和应力场的计算， 最后得出狭窄V形河谷下大坝混凝土的温度和应力时间分布规律和空间分布规律。 0011 在本发明应用较佳的实施例中， 上述对温度场和应力场的计算包括对浇筑温度与 稳定温度之差所引起的温度应力 1和水化热温度引起的温度应力 2进行叠加计算， 其中温 说明书 1/6 页 4 CN 110106835 A 4 度应力 1用约束系数法求得， 由如下式(1)求得， 其中。

12、温度应力 2由如下式(2)求得： 0012 0013 0014 式中:Kp由混凝土徐变引起的应力松弛系数， 在缺乏试验资料时， 可取0.5； 0015 R基础约束系数， 当混凝土弹模Ec和基岩弹模ER相近时， R可按00.6取值， 当混 凝土弹模Ec和基岩弹模ER不相等时， 建基面处R可按表0.30.7取值； 0016 Ec混凝土弹性模量， MPa； 0017 混凝土的泊松比； 0018 混凝土的线膨胀系数， 1/； 0019 Tp混凝土浇筑温度， ； 0020 Tf坝体稳定温度， ； 0021 T(y)应力计算点y处的温度值， ； 0022 Ay( )在y 处加一对单荷载P1， 对计算点y所。

13、产生的正应力影响系数， 02 取值； 0023 T( )在y 处的温度， ； 0024 y坐标y的增量， m； 0025 l浇筑块长边尺寸， m。 0026 在本发明应用较佳的实施例中， 上述对温度应力 1和温度应力 2进行叠加计算的 公式由如下式(3)求得： 0027 1+ 2 (3)。 0028 在本发明应用较佳的实施例中， 上述分析不同的河谷形式下坝体混凝土的温度和 应力大小包括对狭窄V形河谷下大坝混凝土的温度和应力分布规律进行分析， 对典型剖面 温度和应力包络图进行分析以及对特征部位特征点的温度和应力发展过程曲线进行分析。 0029 在本发明应用较佳的实施例中， 还包括根据河谷形式对坝。

14、体混凝土最大应力的影 响大小和影响范围分析得到不同狭窄V字形河谷性质的大坝混凝土的开裂风险， 通过大坝 混凝土的开裂风险制定狭窄V型河谷的温控措施和标准。 0030 本发明具有以下有益效果： 0031 本发明提供了一种狭窄V形河谷对陡坡坝段混凝土温控防裂影响的分析方法。 该 分析方法为在狭窄V形河谷筑坝提供了安全科学的系统性分析方法。 本发明提供了计算域 结构和计算过程的温度和应力计算公式， 通过建立相应的计算模型， 可以分析狭窄V字形河 谷对所建大坝的影响范围和影响大小， 得到狭窄V字形河谷对大坝的约束程度和约束范围， 进而分析出不同狭窄V字形河谷性质的大坝混凝土的开裂风险， 为狭窄V型河谷。

15、的温控措施 和标准提供重要技术参考。 附图说明 0032 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案， 下面将对实施例中所需要使用的附 说明书 2/6 页 5 CN 110106835 A 5 图作简单地介绍， 应当理解， 以下附图仅示出了本发明的某些实施例， 因此不应被看作是对 范围的限定， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这 些附图获得其他相关的附图。 0033 图1为三种陡坡结构计算模型对比图(a)模型1， 陡峭； (b)模型2， 一般； (c)模型3， 平缓)； 0034 图2为三种陡坡结构计算模型网格图(a)模型1， 陡峭； (b)模型2， 一般； 。

16、(c)模型3， 平缓)； 0035 图3为三种陡坡结构浇筑分层图(a)模型1， 陡峭； (b)模型2， 一般； (c)模型3， 平 缓)； 0036 图4为三种陡坡坝段结构下游面横河向应力包络图(单位： 0.01MPa， (a)模型1， 陡 峭； (b)模型2， 一般； (c)模型3， 平缓)； 0037 图5为三种陡坡坝段结构中间剖面顺河向应力包络图(单位： 0.01MPa， (a)模型1， 陡峭； (b)模型2， 一般； (c)模型3， 平缓)； 0038 图6为三种陡坡坝段结构中间剖面第一主应力应力包络图(单位： 0.01MPa， (a)模 型1， 陡峭； (b)模型2， 一般； (c)。

17、模型3， 平缓)； 0039 图7为典型点第一主应力过程线图(高程228.0m)。 具体实施方式 0040 为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将对本发明实施例中 的技术方案进行清楚、 完整地描述。 实施例中未注明具体条件者， 按照常规条件或制造商建 议的条件进行。 所用试剂或仪器未注明生产厂商者， 均为可以通过市售购买获得的常规产 品。 0041 以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。 0042 实施例1 0043 一种狭窄V形河谷对陡坡坝段混凝土温控防裂影响的分析方法具体包括依次进行 的如下步骤： 0044 (1)建立包含地基和大坝结构的三维计算模型 0。

18、045 选取狭窄V形河谷作为研究分析对象， 本实施例中选取三种陡坡结构型式进行研 究， 参照图1和图2所示， 分别建立a， b和c三种陡坡结构计算模型对比图和三种陡坡结构计 算模型网格图。 其中a为模型1， 陡峭型； b为模型2， 一般型； c为模型3， 平缓型。 本实施例中根 据V型河谷两岸边坡的倾斜角建立a模型， 同时建立b和c两个对比模型， 对比模型均与实际 结构的河谷形式有一定差别， 这样通过设置对比模型有利于对比不同的计算模型优劣， 从 而得出最佳的计算模型。 此外， 在其他实施例中， 对比模型也可以是a， b和c的任意两种组 合。 0046 (2)形成计算条件 0047 本实施例中。

19、为了更好地比较分析不同的陡坡坝段结构形式的优劣， 三种结构模型 a， b和c计算模型均采取相同的计算工况。 设置浇筑层厚3m， 浇筑进度参照表1所示。 强约束 区1-9仓， 水管间距为1.5m1.5m， 其他区域10-32仓， 水管间距为2.0m2.0m， 一期通水冷 却水温为13， 冷却时间为20d， 流量为1.5m3/h， 为狭窄V型河谷对大坝的影响分析奠定基 说明书 3/6 页 6 CN 110106835 A 6 础。 三种结构模型a， b和c计算模型的浇筑分层图参照图3所示。 此外， 在其他实施例中， 可以 根据实际情况设置浇筑层厚， 强约束区水管间距， 冷却水水温， 冷却时间以及流。

20、量等计算条 件。 0048 表1浇筑进度表 0049 0050 0051 (3)得出狭窄V形河谷下大坝混凝土的温度和应力分布规律 0052 根据步骤(1)的三维计算模型和步骤(2)的计算条件， 采用计算域的结构划分和计 算过程的划分， 结合温度场和应力场计算公式， 对三维模型进行温度场和应力场的计算， 最 后得出狭窄V形河谷下大坝混凝土的温度和应力时间分布规律和空间分布规律。 说明书 4/6 页 7 CN 110106835 A 7 0053 对温度场和应力场的计算包括对浇筑温度与稳定温度之差所引起的温度应力 1 和水化热温度引起的温度应力 2进行叠加计算， 其中温度应力 1用约束系数法求得，。

21、 由如 下式(1)求得， 其中温度应力 2由如下式(2)求得： 0054 0055 0056 式中:Kp由混凝土徐变引起的应力松弛系数， 在缺乏试验资料时， 一般可取0.5。 对于强约束区(00.2L倍坝高范围， L为大坝最底部的宽度)， 本实施例中取值0.45； 弱约束 区(0.2L0.4L倍坝高范围)取0.55； 自由区(0.4L倍坝高范围)按0.6取值。 0057 R基础约束系数， 当混凝土弹模Ec和基岩弹模ER之比在0.81.25之间时， R可按 00.6取值， 当混凝土弹模Ec和基岩弹模ER之比在0.81.25之外时， 建基面处R可按0.6 0.7取值； 本实施例中R取值0.5 00。

22、58 Ec混凝土弹性模量， MPa； 0059 混凝土的泊松比； 0060 混凝土的线膨胀系数， 1/； 0061 Tp混凝土浇筑温度， ； 0062 Tf坝体稳定温度， ； 0063 T(y)应力计算点y处的温度值， ； 0064 Ay( )在y 处加一对单荷载P1， 对计算点y所产生的正应力影响系数， 02 取值， 本实施例中取值1.0； 0065 T( )在y 处的温度， ； 0066 y坐标y的增量， m； 0067 l浇筑块长边尺寸， m。 0068 本实施例中假定基础块温度应力为单连域线性弹性应力问题， 分别计算浇筑温度 与稳定温度之差所引起的温度应力 1和水化热温度引起的温度应力。

23、 2， 然后进行叠加。 对 温度应力 1和温度应力 2进行叠加计算的公式由如下式(3)求得： 0069 1+ 2 (3)。 0070 计算结果参照图4-图7所示， 图4是三种陡坡坝段结构下游面横河向应力包络图。 图5是三种陡坡坝段结构顺河向应力包络图。 图6是三种陡坡坝段结构第一主应力包络图。 图7为典型点在高程为228.0m时的应力过程线。 三种陡坡坝段结构最大应力统计表参照表2 所示。 0071 表2三种陡坡结构应力统计表(MPa) 说明书 5/6 页 8 CN 110106835 A 8 0072 0073 (4)分析不同的河谷形式下坝体混凝土的温度和应力大小 0074 由图4-图7和表。

24、2可以得出： 0075 三种陡坡坝段结构形式混凝土内最大第一主应力1从大至小依次是， 模型1： 2.05MPa， 模型2： 1.87MP， 模型3： 1.24MPa。 因此， 狭窄V字形河谷陡坡范围相对高差h越大， 其第一主应力和顺河向应力都会增大， 对大坝混凝土温控防裂不利。 0076 根据计算结果可得， 狭窄V字形河谷陡坡范围越大， 混凝土内应力越大， 且大应力 范围也就越大， 从而导致安全系数相对降低， 开裂风险提升。 0077 这是由于V字形河谷陡坡范围越大， 其对大坝的约束程度和约束范围也就越大， 产 生的拉应力也就越大。 因此， 温控措施和标准应该设置更为严格。 0078 (5)根。

25、据不同的河谷形式下坝体混凝土的温度和应力大小， 得出河谷形式对坝体 混凝土最大应力的影响大小和影响范围， 为陡坡坝段混凝土的温控防裂措施奠定基础。 0079 本发明提供了一种狭窄V形河谷对陡坡坝段混凝土温控防裂影响的分析方法。 该 分析方法为在狭窄V形河谷筑坝提供了安全科学的系统性分析方法。 本发明提供了计算域 结构和计算过程的温度和应力计算公式， 通过建立相应的计算模型， 可以分析狭窄V字形河 谷对所建大坝的影响范围和影响大小， 得到狭窄V字形河谷对大坝的约束程度和约束范围， 进而分析出不同狭窄V字形河谷性质的大坝混凝土的开裂风险， 为狭窄V型河谷的温控措施 和标准提供重要技术参考。 008。

26、0 以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领域的技 术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修 改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 6/6 页 9 CN 110106835 A 9 图1 说明书附图 1/7 页 10 CN 110106835 A 10 图2 说明书附图 2/7 页 11 CN 110106835 A 11 图3 说明书附图 3/7 页 12 CN 110106835 A 12 图4 说明书附图 4/7 页 13 CN 110106835 A 13 图5 说明书附图 5/7 页 14 CN 110106835 A 14 图6 说明书附图 6/7 页 15 CN 110106835 A 15 图7 说明书附图 7/7 页 16 CN 110106835 A 16 。