简要信息

    【获奖类型】应用一等奖
    【任务来源】国家电力公司公司
    【课题编号】抗-010408
    【项目起止时间】2000年10月～2002年12月
    【完成单位】抗震中心
    【主要完成人】陈厚群、张伯艳、涂劲、郭永刚、吴胜兴

    立项背景

    小湾水电站位于云南西部澜沧江中游河段，系澜沧江中下游河段规划八个梯级电站中的第二级。该电站具有淹没损失少、调节性能好的特点，是国家西部大开发云南省的首选项目。其项目建议书已通过中国国际咨询公司组织的专家评估，并获批准立项，工程已于2002年初正式开工建设。

    小湾水电站工程的可行性研究以及涉及高拱坝安全的专题研究均已通过审查，而且“九五”期间通过“高坝工程技术研究”项目取得了丰硕的研究成果，使小湾高拱坝的设计上了一个台阶。其中“300m级高拱坝抗震研究”的研究成果，是小湾拱坝工程立项中的关键性技术问题之一。在大量科研工作的基础上，首次对Ⅷ度强震区建设300m级高拱坝的抗震安全性做出了比较切合实际的评价，从而为小湾高拱坝技术方案中解决抗震问题的可行性、可靠性和合理性提供了科学依据。但由于小湾坝高为世界之最，设计烈度高达Ⅸ度，国内外尚缺乏可以借鉴的经验，而且地震作用有很大的不确定性，大坝的抗震安全仍为各有关方面所深切关注。为确保大坝抗震安全性，尚有不少技术问题需要继续深化研究，特别是拱坝坝肩的抗震稳定和工程抗震措施的实施已成为工程设计和施工十分关心的问题，急需可直接为工程设计参考的具体方案研究。

    研究内容

    主要研究内容包括：

    （1）提出了一个在地震作用下考虑坝体和坝肩岩体动态变形耦合、体现各项反应的时变特性、坝肩岩体动态失稳特点的评价拱坝坝肩抗震稳定安全性能的新的概念和方法。
    （2）提出的有关拱坝坝肩抗震稳定的新概念，并非仅从力学概念出发，而是从工程角度来理解并确定对拱坝抗震至关重要的坝肩抗震稳定安全系数，提出了较合理的安全判断准则。
    （3）基于该研究提出的有关坝肩抗震稳定的新概念，应用其所建议和采用的方法，对小湾拱坝坝肩抗震稳定安全进行了深化研究和评价。
    （4）以坝体右拱端薄弱部位开裂深度达1/3坝高作为坝体遭受震害极限状态的工程判别标准，小湾拱坝抗震的“降强安全系数”为2.58；在坝肩岩块滑动面抗剪强度取设计值时，按上述坝体震害极限状态的标准，小湾拱坝承受地震作用的超载安全系数为1.3，即在相当于14300年一遇的地震动峰值加速度为0.4g时，坝体达到设定的极限状态。
    （5）依据拱坝布设抗震钢筋的特点和要求，就钢筋牌号选择、坝体混凝土温度影响、钢筋布设方案的优化、钢筋混凝土的动态拉拔、以及布设预应力钢束的效果等关系到工程抗震措施具体实施中的重要问题分别进行了研究。
    （6）通过试验和不同方法的分析计算，确定了穿缝钢筋内的应力分布规律、粘结本构关系和混凝土内的应力状态，研究了钢筋自由段和埋入段长度、间距、混凝土等级等的影响。
    （7）对所选用的粘滞阻尼器的类型、性能、构造和参数选择都做了专门研究。考虑到高拱坝抗震安全的重要性和国内外目前尚无采用阻尼装置作为工程抗震措施的先例，对于在坝体上布设阻尼装置的方案及其实际效果进行了分析，对阻尼装置的设计、制造、安装及供货厂家和价格等都作了深入研究和比较，以确保措施可靠有效和小湾工程的抗震安全。
    （8）对小湾工程中布设减震装置的可靠性和可操作性进行了论证。为了减少小湾拱坝在设计地震作用横缝张开度，防止上游止水被损坏，布设抗震钢筋和粘滞阻尼器这两种抗震工程措施都是技术可靠、制作和实施切实可行的，可供设计单位综合衡量造价、对大坝施工影响等因素后选择采用。在所研究的初步方案中，可减少横缝张开度约20～30%，实际工程应用中可针对采用的设计方案进行专门设计和效果核算。

    创新点

    项目的主要创新点包括：

    （1）结合实际震害，对拱坝坝肩动力稳定分析的特点和失稳安全系数的概念作了深入探讨，对已有分析方法的局限性进行了评述。
    （2）建议应将坝体及地基合成为一个体系并考虑两者间变形耦合作用作为拱坝坝肩稳定分析的原则；提出较合理的安全判断准则（以坝肩抗震薄弱部位允许开裂深度为准则）。
    （3）采用同时考虑坝体横缝作用、坝肩岩体潜在滑动面非线性接触条件和地基辐射阻尼影响的数学模型，提出了有效求解方法，取得了大量分析成果，据此给出了小湾拱坝地震超载和岩体结构面抗剪降强的两种安全系数值。
    （4）对布设抗震钢筋的方案，经过调查研究，推荐了含钒钢筋作为抗震钢筋。采用了考虑坝体横缝和地基辐射阻尼等因素的比较切合实际的数学模型和有效的计算方法，分析比较了穿缝钢筋的布设方式、部位、数量对减少地震时横缝张开度的效果。提出了可以显著减少钢筋用量和施工干扰的抗震钢筋优化布置方案。
    （5）通过试验和不同方法的分析计算，确定了穿缝钢筋内的应力分布规律、粘结本构关系和混凝土内的应力状态，研究了钢筋自由段和埋入段长度、间距、混凝土等级等的影响。试验和分析成果能相互验证，得出了建议的穿缝钢筋布设方案不会导致混凝土局部损坏的结论。
    （6）对布设减震装置方案，调查分析了粘滞阻尼器类别、国内外生产厂家、型号、性能、安装等资料，并作了计算分析，给出不同方案对减少地震时横缝张开度的比较成果。为小湾工程中布设减震装置的可靠性和可操作性进行了论证。

    应用前景及社会经济效益

    该项目研究成果对小湾拱坝工程抗震设计和抗震措施的决策提供了参考，并可供其它高拱坝工程借鉴，对水工结构抗震技术的发展也有重要意义，具有显著的经济效益和社会效益。
 

小湾拱坝数值计算模型




小湾拱坝钢筋拉拔试验