锦屏一级反馈报告最新6-27

四川省雅砻江 锦屏一级水电站高拱坝施工期实时温控方案仿真中国水利水电第七工程局有限公司SINOHYDRO BUREAU 7 CO.， LTD.武汉大学水利水电学院COLLEGE OF WATER RESOURCES &HYDROPOWER WUHAN UNIVERSITY二○一○年六月委托方：中国水电第七工程局受托方：武汉大学项目负责人：常晓林报告审定人：周伟报告撰写：周伟段寅井向阳计算分析：周伟段寅马刚井向阳李姗刘俊目录1前言 (4)1.1 工程概况 (4)1.2 主要研究内容 (4)2基本计算原理 (6)2.1 温度场计算的基本原理 (6)2.2 温度应力计算的基本原理 (7)2.3 温控反馈分析关键技术处理 (9)3基本资料 (12)3.1 气象水文资料 (12)3.2 混凝土力学及热学参数 (12)3.2.1 混凝土绝热温升 (12)3.2.2 混凝土的热学性能 (12)3.2.3 混凝土的力学性能 (13)3.2.4 混凝土自身体积变形 (13)3.3 大坝混凝土施工温控的主要特点 (13)3.4 大坝混凝土温控设计要求和控制标准 (14)3.4.1 温度控制标准 (14)3.4.2 应力控制标准 (15)4大坝左岸混凝土浇筑情况 (16)4.1 大坝左岸混凝土浇筑面貌 (16)4.2 左岸各坝段混凝土浇筑进度 (17)4.3 浇筑温度及通水布置 (18)5实测资料统计分析 (19)5.1 12#坝段典型高程的温度计的实测温度历时曲线. (19)5.2 13#坝段典型高程的温度计的实测温度历时曲线. (23)5.3 大坝通水状况分析 (26)5.4 基于实测资料的坝体混凝土温降速率. (27)5.5 小结 (29)6有限元仿真计算分析 (30)6.1 仿真计算模型 (30)6.2 典型坝段温度仿真计算成果 (31)6.3 典型坝段应力仿真计算成果 (34)6.4 气温日变幅温度应力 (39)6.5 气温骤降温度应力 (41)6.6 小结 (43)7结论及建议 (45)8参考文献 (46)1前言1.1工程概况锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，是雅砻江干流下游河段的控制性水库梯级电站，在雅砻江梯级滚动开发中具有承上启下的重要作用。

其建设总工期9年3个月，工程静态总投资183.7亿元，总投资232.3亿元。

本工程规模巨大，其总装机容量3600MW，多年平均年发电量166.2亿kW.h，为国家“西电东送”战略的骨干电源点，拥有多项世界第一，包括305米的世界第一高拱坝、世界规模最大的水工隧洞等。

它与二滩水电站联合运行共有150多亿立方米的库容，补偿效益还可延伸至金沙江下游和长江葛洲坝、三峡电站，同时具有重要的拦沙、蓄洪作用，减轻长江中下游防洪负担。

其坝址以上流域面积10.3万km2，占雅砻江流域面积的75.4％。

坝址处多年平均流量为1220m3/s，多年平均年径流量385亿m3。

水库正常蓄水位1880m，总库容77.6亿m3，调节库容49.1亿m3，具有多年调节能力。

电站水坝为混凝土双曲拱坝，坝顶高程1885.5m，坝顶宽度16.0m。

枢纽主要建筑物由混凝土双曲拱坝、坝身4个表孔+5个深孔+2个放空底孔与坝后水垫塘、右岸一条有压接无压泄洪洞及右岸中部地下厂房等组成。

表孔孔口尺寸11.0×12.0m；深孔孔口尺寸5×6m；放空底孔尺寸5×5m；坝后采用复式水垫塘，长390.0m，右岸有压接无压的泄洪洞，工作闸的孔口尺寸为13.0×10.5m，能够宣泄5000年一遇15400m3/s的洪水。

锦屏一级的混凝土温控问题具有采用大尺寸通仓浇筑、拱坝结构复杂、陡坡坝段浇筑问题突出、混凝土材料抗裂性能一般、温度边界条件对温控防裂不利等特点。

因此温控防裂的难度比较大。

1.2主要研究内容（1）收集典型坝段内部混凝土的温度实测数据以及其实际的浇筑温度、通水情况、气候条件等资料。

通过对实测资料的分析，全面有效的跟踪，记录坝体混凝土温升、冷却、控温和灌浆等过程的温度变化情况，反映混凝土典型时刻的温度分布情况，为确保混凝土施工质量及安全运行提供可靠的基础数据。

（2）分析4月前浇筑混凝土的通水状况等，对温控措施做一个合理的评价，对后期温控措施提出相应的建议以及改进措施等。

（3）根据现场的浇筑环境（气温、浇筑温度、浇筑层厚、通水水温、通水流量、通水时间、以及表面保护措施等）以及实际的浇筑进度安排，对典型浇筑块、典型坝段等进行温度场仿真分析，将仿真分析的的结果与收集的内部温度计的实测温度数据进行对比，修正绝热温升等参数，并由对比结果分析已浇典型部位的温度变化以及分布规律，以对合理预测下一阶段浇筑混凝土温度变化情况的预测提供一定的依据。

（4）考虑在较大气温骤降及昼夜温差等极端情况下的温度应力状态，将极端情况下的应力组合与允许应力进行比较，以判断现有温控措施能否达到标准，并有针对性的给出施工中温控措施的建议。

2 基本计算原理2.1 温度场计算的基本原理为全面反映温度对坝体结构特性的作用与影响，需要研究坝体施工期的温度场、初期蓄水过程中坝体随气温与水温等因素变化的变化温场、运行蓄水期的稳定（准稳定）温度场。

根据热量平衡原理，可导出固体热传导基本方程：0)()()(=∂∂-+∂∂∂∂+∂∂∂∂+∂∂∂∂τρωT c z T a z y T a x x a x z y x (2.1-1) 对于无内部放热（ω=0）及某一确定时刻，上式退化为0)()()(=∂∂∂∂+∂∂∂∂+∂∂∂∂zTa z y T a y x T a x z y x (2.1-2) 式中ρλc a x x =ρλc a y y = ρλc a x x = x a 、y a 、z a 为导温系数，x λ、y λ、z λ为导热系数，c 为材料比热，ρ为材料容重，τ，T 分别描述任意时刻和温度。

温度场的边界条件主要分以下三种情况： 第一类边界条件：已知边界S 上的温度分布，),,(z y x T Sϕ= （2.1-3）第二类边界条件：已知边界S 上的热流密度，),,(z y x q Snφ=, n 为S 外法向（2.1-4）第三类边界条件：已知边界S 上对流条件： （2.1.5） 式中ϕ，φ为已知函数，h 为表面对流系数，T0为环境温度。

将求解区域R 划为有限个单元Ωe ，引入单元形函i N ，则单元内任意点的温度可由构成单元m 个节点温度插值：∑==mi i i T N T 1 （2.1-6）根据变分原理,可导出满足热传导基本方程和边界条件的有限元支配方程0}{}]{[=+F T H （2.1-7）式中： ∑=e ij ij h H =i F ∑ei F而：⎰ΩΩ∂∂∂∂+∂∂∂∂+∂∂∂∂=eji z j i y j i xeij d zN z N a y N y N a x N x N a h ][ （2.1-8）⎰⎰Ω⋅+Ω-=e ds qN d N f si i e i ω （2.1-9） 2.2 温度应力计算的基本原理混凝土坝块在升温时全过程膨胀，降温时体积收缩，而体积膨胀或收缩的大小，与混凝土线膨胀系数、温升或温降值及坝块尺寸大小成正比。

当混凝土与其它物体相连接时，其温度变化引起的体积变形（膨胀或收缩）便不能自由发生，要受到连接物体的限制，即受到外部约束，从而引起温度应力，对于通仓碾压浇筑的混凝土重力坝，基础以及已经浇筑的下部老混凝土的约束作用更加显著。

另外如果坝块的温度变化在截面上的分布是非线性的，即造成坝块内部质点体积变形的不协调，相互约束而不能自由发生，也将在坝体内引起应力，这种情况即谓受内部约束。

1) 混凝土徐变 应变计算式为：)()()()()()(0t t t t t t S T C e εεεεεε++++= （2.2-1）在τ∆内应变增量：S T n n n n n n n t C E εεετσητσε∆+∆+∆+∆++∆=∆0),()(整理后得一个计算时段τ∆内应力增量为：)(0S T n n n n E εεεηεσ∆-∆-∆--∆=∆),()(1)(n n n n n t C E E E τττ+=，为混凝土等效弹性模量。

2) 各时段应力计算平衡方程 平衡方程为：S n n T n C n L n P P P P P K }{}{}{}{}{}]{[0∆+∆+∆+∆+∆=∆δ （2.2-2）式中：][K —刚度矩阵；]][[][][B D B tA k n T e =L n P }{∆—外荷载引起的节点荷载增量，计算温度应力时可不考虑其他荷载； C n P }{∆—徐变引起的节点荷载增量；e n n T C e n D B tAP }]{[][}{η=∆ T n P }{∆—变温引起的节点荷载增量；e T n n T T e n D B tAP }]{[][}{ε∆=∆ 0}{n P ∆—混凝土自生体积变形引起的节点荷载增量；e n n T e n D B tAP }]{[][}{00ε∆=∆ S n P }{∆—混凝土干缩引起的节点荷载增量，可暂不考虑。

e S n n T S e n D B tA P }]{[][}{ε∆=∆3) 单元应力单元应力等于各时段应力增量之和，即：∑∆=∆++∆+∆+∆=}{}{}{}{}{}{321n n n σσσσσσ （2.2-3）4) 应力增量 各时段应力增量为：}){}{}{}{}]({[}{0Sn n T n n n n n D εεεηεσ∆-∆-∆--∆=∆ （2.2-4）式中：}{n ε∆—结点位移引起的单元应变增量；e n e n B }]{[}{δε∆=∆}{n η—混凝土徐变引起的应变增量；∑∆--=sn s r n ns e}}{1(}{,ωητ1115.011,,)(}]{[}{}{---∆--∆--∆+=n s n n s r s n r n s n s e Q e τττψσωω)(]]{[}{001,τψσωs s Q ∆= ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+--=)1(200101][μμμQ ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=-2100010111][21μμμμQs p s s s g f -+=ττψ)(1][][-=Q E D n n∑---=]1)[(),()(ττψτt r s s e t C}{T n ε∆—混凝土变温引起的应变增量； }{0n ε∆—混凝土自生体积变形引起的应变增量； }{S n ε∆—混凝土干缩引起的应变增量。

计算时忽略}{Snε∆，则 }){}{}{}]({[}{0n T n n n n n D εεηεσ∆-∆--∆=∆2.3 温控反馈分析关键技术处理（1）坝体混凝土浇筑过程坝体混凝土在分层碾压浇筑的过程中体形不断变化，计算时可用单元生死来模拟这一过程。