基于实测资料的高拱坝施工运行过程真实应力演化规律及仿真模型研究

Simulation technology of actual deformation and stress is a significant methodology to improve the level of design, construction and management of an arch dam. Limited to the lack of monitoring data and finacial support, current therotical framework of the arch dam performance accessment encountered some difficulties,such as long term deformation prediction, dam heel stress analysis.and so on. This is due to the application of the conventional thermal & mechanical models. Based on the monitoring data of several arch dams, this project puts forward a new methed for analyzing stress monitoring data and proposes to validate, evalaute, modify and reconstuct those models by the tracking analysis of the multi-field performance of the whole dam during the construction and operational periods. It will build the normalized computational models, boundary conditions settings and related parameter rating method for thermal-mechanical-seepage coupling analysis. And it is supposed to improve the prediction accuracy of both deformation and stress for the arch dam in the whole period and support the safety management of super high arch dams in the country and The international competitiveness of China's dam engineering technology.

尽可能真实地仿真模拟拱坝真实应力变形状态，是提高拱坝设计、施工、运行管理水平的重要支撑。尽管已经建立了拱坝真实工作性态研究的理论框架，但由于资料缺乏和投入不足，其中的计算模型主要沿用的还是旧有的温控仿真模型，旧模型存在不能正确考虑大坝长效变形、坝踵应力计算失真等诸多问题。本项目基于锦屏一级等拱坝施工运行全过程的实测资料，研究提出考虑局部应力状态影响更加符合实际的应力监测解析方法，在对高拱坝真实变形应力状态进行全面准确把握的基础上，对全坝全过程仿真分析平台中的计算模型进行校核、评估、修正和重构，从热学、力学两个方面完整系统地建立施工运行全过程归一化的计算模型、边界条件取值方法和参数率定方法，提高拱坝施工运行全过程变形与应力模拟的精度，为我国特高拱坝安全建设运行提供技术支撑，并为提高我国坝工技术国际竞争力做出贡献。

特高拱坝应力水平高，建设时间长，施工、运行期工作性态复杂，建设难度和规模都远超普通拱坝，需要新的坝工结构理论与方法加以指导。尽管当前已经建立了拱坝真实工作性态研究的理论框架，但由于资料缺乏和投入不足，其中的计算模型主要沿用的还是旧有的温控仿真模型，旧模型存在不能正确考虑大坝长效变形、坝踵应力计算失真等诸多问题。围绕上述问题，本项目深入开展高拱坝应力监测解析方法研究，分析掌握高拱坝典型监测部位真实应力演化规律，在高拱坝全坝全过程仿真平台的框架内，对边界条件计算模型、材料参数计算模型进行全面的校核、修正和重构，建立能与高拱坝真实应力过程相吻合的归一化计算模型，并在施工运行全过程实测资料的支持下进行对比、分析和检验，为我国特高拱坝安全建设运行提供技术支撑。本项目的主要成果和结论有：（1）完善了高拱坝应力监测解析方法。分析了仪器埋设方式、局部应力状态、混凝土参数等因素对应力监测解析结果的影响，提出了结构内部不均匀性导致结果误差的修正方法，研发了基于薄膜压力传感器的高拱坝应力监测装置，实现了混凝土应力原位直接监测；（2）完善了高拱坝应力计算边界条件模型。提出了基于二维横向平均水动力模型的特高拱坝水库水温分布演化计算方法，提出了考虑遮挡效应的太阳辐射计算方法，分析总结了渗透力作用下库盆、谷幅变形规律及其对高拱坝变形与应力的影响；（3）完善了高拱坝热力学材料参数模型和反演算法。开展了强保温条件下大试件混凝土绝热温升反演试验研究和大坝混凝土徐变、线膨胀系数和变形参数反演试验研究，基于室内试验和三维有限元数值模拟方法的耦合，改进了混凝土应力仿真计算模型，建立了考虑温度历程影响的混凝土材料参数模型；（4）构建了高拱坝变形应力预测模型。提出了基于高精度倾斜测量的高拱坝施工期变形测量方法；对乌东德拱坝施工期真实变形、应力演化趋势进行预测分析，对溪洛渡拱坝运行期真实变形、应力演化趋势进行预测分析，基于监测资料分析和数值仿真计算，系统总结了特高拱坝施工运行全过程变形、应力时空分布演化规律。