后帮有限结合重力坝加高结构

1.后帮有限结合重力坝加高结构，其特征在于：使老坝体(1)与新坝体(2)之间达到结合比例，以保证老坝体(1)与新坝体(2)之间达到联合受力的效果；
后帮有限结合重力坝加高结构包括界面处理结构(A)、连接结构(B)、温控结构；
界面处理结构(A)位于老坝体(1)上；
连接结构(B)布置于老坝体(1)与新坝体(2)的结合面上；
温控结构布置在新坝体(2)上；
连接结构(B)包括榫槽(3)、过缝无粘结锚杆(4)和灌浆系统(21)；
榫槽(3)、过缝无粘结锚杆(4)和灌浆系统(21)均布置于老坝体(1)与新坝体(2)的结合面；其中，榫槽(3)布置在老坝体(1)上；过缝无粘结锚杆(4)布置在老坝体(1)下游面；灌浆系统(21)布置在老坝体(1)下游坝面与新坝体(2)之间。
2.根据权利要求1所述的后帮有限结合重力坝加高结构，其特征在于：界面处理结构(A)包括界面修整结构、凿毛结构和界面剂涂刷结构；
界面修整结构位于老坝体(1)下游坝面；
凿毛结构位于老坝体(1)上、且位于老坝体(1)与新坝体(2)的结合面；
界面剂涂刷结构位于老坝体(1)上、且位于老坝体(1)与新坝体(2)的结合面。
3.根据权利要求1或2所述的后帮有限结合重力坝加高结构，其特征在于：榫槽(3)为槽状结构；榫槽(3)的型式至少选自三角形榫槽、梯形榫槽和球面榫槽。
4.根据权利要求3所述的后帮有限结合重力坝加高结构，其特征在于：过缝无粘结锚杆(4)的外露部分局部设置沥青麻丝包裹(8)形成无粘结段。
5.根据权利要求4所述的后帮有限结合重力坝加高结构，其特征在于：灌浆系统(21)包括进浆管(9)、灌浆支管(10)、U型管(11)、出浆管(12)、止水(13)、排气管(14)、圆形镀锌铁皮盖板(18)、条形镀锌铁皮盖板、圆钉；
止水(13)布置在老坝体(1)下游面；
圆形镀锌铁皮盖板(18)设置在老坝体(1)下游面；圆形镀锌铁皮盖板(18)的周侧采用砂浆嵌填后形成出浆盒(16)；
灌浆支管(10)埋设在老坝体(1)下游面、且穿过圆形镀锌铁皮盖板(18)；出浆盒(16)设置在灌浆支管(10)上；
老坝体(1)与新坝体(2)的结合面设置多个灌浆分区；灌浆分区根据大坝的结构实际情况，设置在新老坝体结合面，当新老坝体结合比例不足时，启动灌浆，提高结合比例，使新老
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坝体联合受力；每个灌浆分区9‑12m高，200‑300m；
条形镀锌铁皮盖板通过圆钉钉在灌浆分区的顶部；
条形镀锌铁皮盖板周侧及两端采用砂浆封堵后形成排气槽(15)；排气槽(15)与排气管(14)连接；
进浆管(9)与出浆管(12)在灌浆分区底部通过U型管(11)连接；U型管(11)上设置2个三通管；
出浆管(12)与灌浆支管(10)连接。
6.根据权利要求5所述的后帮有限结合重力坝加高结构，其特征在于：温控结构包括保温板(5)、冷却水管(6)；
冷却水管(6)布置在新坝体(2)内；
保温板(5)布置在新坝体(2)上、且位于新坝体(2)下游面。

后帮有限结合重力坝加高结构\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及土木工程中的水利工程建筑领域，更具体地说它是一种后帮有限结合重力坝加高结构。\n背景技术\n[0002] 随着社会和经济的发展，水资源问题日益突出，国内外已建的大坝需要进行二次或多次加高以满足现实需求的工程越来越多。根据国内外大坝加高的资料统计重力坝加高通常采用的方式主要有后帮整体式、后帮分离式、前帮整体式、前帮加后帮式、预应力锚索加高式和坝顶直接加高式等六种。\n[0003] 众多重力坝加高方式中，后帮整体式和后帮分离式加高最常见。为保证加高效果，两种常见加高方式均需要采取工程措施保证新加高坝体与老坝体之间达到设计要求的状态，即二者连成整体或完全分离。因坝体厚度大，刚度也大，采取工程措施让新老坝体连成整体或完全分离往往费用不菲。\n[0004] 另外，国内加高规模最大的工程中线水源某大坝加高工程，先期设计拟采取后帮整体式进行加高，但现场试验和仿真计算发现，限于当地的气候条件，新老坝体之间采取常规的工程措施难以连成整体。\n[0005] 因此，开发一种解决新老坝体之间难以连成整体或完全脱开的问题、且保证新老坝体之间达到联合受力的效果的重力坝加高结构很有必要。\n发明内容\n[0006] 本实用新型的目的是为了提供一种后帮有限结合重力坝加高结构，通过采用界面处理措施(包括界面修整、凿毛和涂刷界面剂)、结构措施(包括设置榫槽、过缝无粘结锚杆和灌浆系统)、温控措施(控制浇筑温度、施工期通水和永久保温)等新老坝体结合成套技术，使新老坝体之间达到一定的结合(贴合)比例，以保证新老坝体之间达到联合受力的效果；突破传统的后帮整体式和后帮分离式加高的限制，解决新老坝体之间难以连成整体或完全脱开的问题。\n[0007] 为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：后帮有限结合重力坝加高结构，其特征在于：使老坝体与新坝体之间达到一定的结合(贴合)比例，以保证老坝体与新坝体之间达到联合受力的效果；\n[0008] 后帮有限结合重力坝加高结构包括界面处理结构、连接结构、温控结构；\n[0009] 界面处理结构主要针对老坝体，布置于老坝体；\n[0010] 连接结构布置于老坝体与新坝体的结合面上；\n[0011] 温控结构布置在新坝体上；\n[0012] 连接结构包括榫槽、过缝无粘结锚杆和灌浆系统；\n[0013] 榫槽、过缝无粘结锚杆和灌浆系统均布置于老坝体与新坝体的结合面；其中，榫槽布置在老坝体上；过缝无粘结锚杆布置在老坝体下游面；灌浆系统布置在老坝体下游坝面与新坝体之间；\n[0014] 连接结构通过设置榫槽、过缝无粘结锚杆和灌浆系统实现；设置榫槽即在老坝体施工时预留或通过切割的方式在老坝体坝面形成的槽状结合界面，型式主要有三角形、梯形和球面榫槽，从切割施工方便的角度考虑多采用三角形榫槽；过缝无粘结锚杆即在老坝体下游面通过钻孔注浆植筋形成锚杆，锚杆的外露部分近结合面局部包裹沥青麻丝形成无粘结段；灌浆系统即在老坝体下游坝面与新浇坝体之间设置接缝灌浆系统，当结合面结合比例不足时通过灌浆的方式提高。\n[0015] 在上述技术方案中，界面处理结构包括界面修整结构、凿毛结构和界面剂涂刷结构；\n[0016] 界面处理结构通过界面处理措施实现，界面处理措包括界面修整、凿毛和界面剂涂刷；\n[0017] 界面修整结构针对老坝体下游坝面，即对加高前老坝体下游坝面存在的尖角部位或其他可能导致加高后应力集中的外轮廓进行局部切除；\n[0018] 凿毛结构位于老坝体上、且位于老坝体与新坝体的结合面，即对新老坝体结合面的老坝体部分通过机械钻凿的方式形成毛面，一般凿毛后露出新鲜骨料为止；\n[0019] 界面剂涂刷于老坝体上、且位于老坝体与新坝体的结合面；即在新坝体浇筑前在新老坝体结合面的老坝体部分涂刷一种可以增加结合面粘接力的材料，可以是水泥净浆、水泥砂浆或界面胶。\n[0020] 在上述技术方案中，榫槽为槽状结构；榫槽的型式至少选自三角形榫槽、梯形榫槽和球面榫槽。\n[0021] 在上述技术方案中，榫槽的型式多采用三角形榫槽。\n[0022] 在上述技术方案中，过缝无粘结锚杆的外露部分邻近结合面局部包裹沥青麻丝形成无粘结段。\n[0023] 在上述技术方案中，灌浆系统包括进浆管、灌浆支管、U型管、出浆管、止水、排气管、圆形镀锌铁皮盖板、条形镀锌铁皮盖板、圆钉；\n[0024] 止水布置在老坝体下游面；\n[0025] 圆形镀锌铁皮盖板设置在老坝体下游面；圆形镀锌铁皮盖板的周侧采用砂浆嵌填后形成出浆盒；\n[0026] 灌浆支管埋设在老坝体下游面、且穿过圆形镀锌铁皮盖板；出浆盒设置在灌浆支管上；\n[0027] 老坝体与新坝体的结合面一般设置多个灌浆分区；灌浆分区根据大坝的结构实际情况，设置在新老坝体结合面(包括前述进浆管、出浆管和排气管等)，当新老坝体结合比例\n2\n不足时，启动灌浆，提高结合比例，使新老坝体联合受力。每个灌区9‑12m高，200‑300m 为宜；\n[0028] 条形镀锌铁皮盖板通过圆钉钉在灌浆分区的顶部；\n[0029] 条形镀锌铁皮盖板周侧及两端采用砂浆封堵后形成排气槽；排气槽与排气管连接；\n[0030] 进浆管与出浆管在灌浆分区底部通过U型管连接；U型管上设置2个三通管，其主要作用是连通和转向；另外，U管底部可以沉渣，底部被堵后，上部还有三通管可以进浆；\n[0031] 出浆管与灌浆分区内各灌浆支管连接。\n[0032] 在上述技术方案中，温控结构包括保温板、冷却水管；\n[0033] 冷却水管布置在新坝体内；\n[0034] 保温板布置在新坝体上、且位于新坝体下游面；\n[0035] 温控措施主要包括控制浇筑温度、施工期通水和永久保温等，通过这些措施防止新浇坝体产生裂缝，减少因下游加高混凝土降温收缩对老坝体上游面应力产生的不利影响，同时，提高新老坝体之间的结合比例。控制浇筑温度主要是在混凝土运输和浇筑过程中采取措施控制温度回升；施工期通水是在混凝土浇筑仓内布置钢管或PE冷却水管，通低温水控制混凝土温升；永久保温是在加高坝体下游面外贴聚苯乙烯板或喷涂聚氨酯等方法形成保温层的方法，控制加高坝体混凝土内外温差，防止出现裂缝，同时可以提高新老坝体之间的结合比例。\n[0036] 本实用新型所述的后帮有限结合重力坝加高结构施工方法，包括界面处理 (界面处理措施主要包括界面修整、凿毛和涂刷界面剂)、结构处理(结构处理措施主要包括设置榫槽、锚杆和灌浆系统)、温控处理(温控处理措施主要包括控制浇筑温度、施工期通水和永久保温等)；通过采用界面处理、结构处理、温控处理措施，使老坝体与新坝体之间达到一定的结合(贴合)比例，以保证老坝体与新坝体之间达到联合受力的效果；\n[0037] 具体如下步骤，\n[0038] 步骤一：对老坝体进行下游面修整处理，完成修整可能影响坝体受力的尖角或突变构造体的拆除；\n[0039] 步骤二：在老坝体下游面切割形成榫槽，并通过钻孔植筋形成过缝无粘结锚杆，过缝无粘结锚杆在锚杆的外露部分近结合面局部包裹沥青麻丝形成无粘结段；\n[0040] 步骤三：对老坝体下游面通过机械钻凿的方式形成毛面，凿毛以露出新鲜骨料为准；\n[0041] 步骤四：在老坝体下游面按照图3所示分区预埋接缝灌浆系统，图3仅为示意，实际工程可根据具体情况选择分区大小；\n[0042] 步骤五：在老坝体下游备仓浇筑新坝体，新坝体分层分仓逐步浇筑上升，浇筑仓内布置冷却水管；\n[0043] 混凝土浇筑前对该浇筑层仓面对应的老坝体下游面冲洗干净并吹干后涂刷界面剂；\n[0044] 在混凝土浇筑后利用冷却水管、通低温水控制新浇筑混凝土温升；\n[0045] 新坝体混凝土浇筑完成后，及时采用保温板对新坝体下游面进行保温防护；\n[0046] 步骤六：新坝体浇筑完成后，根据监测分析确定是否需利用灌浆系统对新老坝体结合面进行接缝灌浆；\n[0047] 当老坝体与新坝体之间结合面的结合比例高于设计要求，则不进行灌浆；\n[0048] 当结合比例低于设计要求，则通过灌浆系统进行接缝灌浆提高新老坝体之间结合比例，确保新老坝体联合受力。\n[0049] 在上述技术方案中，在步骤四中，接缝灌浆系统分区预埋的具体步骤如下：\n[0050] 首先，如图4所示，在老坝体1下游面凿槽埋设止水；\n[0051] 其次，如图6所示，在灌浆分区内的老坝体下游面钻孔埋设灌浆支管，灌浆支管穿过圆形镀锌铁皮盖板，圆形镀锌铁皮盖板的周侧采用砂浆嵌填后形成出浆盒；再次，采用圆钉将条形镀锌铁皮盖板钉在灌浆分区的顶部，条形镀锌铁皮盖板周侧及两端采用砂浆封堵后形成排气槽；最后，进浆管、进浆支管、U型管、回浆管等接管形成灌浆体系；\n[0052] 进浆管与出浆管在灌浆分区底部通过U型管连接，如图5所示U型管设置有 2个三通管；\n[0053] 出浆管与分区内各灌浆支管连接；\n[0054] 排气管与排气槽连接。\n[0055] 进浆管、出浆管和排气管需引出到新浇坝体下游面适当位置备用。\n[0056] 本实用新型具有如下优点：\n[0057] (1)本实用新型专利突破传统的后帮整体式和后帮分离式加高的限制，解决新老坝体之间难以连成整体或完全脱开的问题，可以大幅降低结合面处理工程措施费；\n[0058] (2)本实用新型专利采用的界面处理措施、结构措施和温控措施等新老坝体结合成套施工技术，可有效提高新老坝体结合面的比例，使老坝体与新坝体之间达到一定的结合比例，保证老坝体与新坝体之间达到联合受力的效果；\n[0059] (3)采用本实用新型专利加高完成的重力坝加高工程坝体结构稳定、应力满足规范要求，工程安全(本实用新型对于某大坝加高工程新老坝体结合比例超过20％即可联合受力；相比后帮整体式，本实用新型可有效减少坝坡厚度，降低为保证新老坝体整体结合所需的工程措施费用，而且加高后工程安全有保证)。\n附图说明\n[0060] 图1为本实用新型后帮有限结合重力坝加高典型断面。\n[0061] 图2为本实用新型新老坝体结合面榫槽及锚杆布置大样图。\n[0062] 图3为本实用新型新老坝体结合面接缝灌浆系统典型布置。\n[0063] 图4为本实用新型新老坝体结合面接缝灌浆止水埋设大样图。\n[0064] 图5为本实用新型新老坝体结合面接缝灌浆U型管大样图。\n[0065] 图6为本实用新型新老坝体结合面接缝灌浆出浆盒大样图。\n[0066] 图7为本实用新型实施例中7#坝段坝体与结合面的有限元网格模型图一。\n[0067] 图8为本实用新型实施例中7#坝段坝体与结合面的有限元网格模型图二。\n[0068] 图9为本实用新型实施例中7#坝段超载倍数与顺河向位移关系曲线图。\n[0069] 图10为本实用新型实施例中7#坝段不同水压荷载下变形图(放大300倍)。\n[0070] 图11为本实用新型实施例中7#坝段不同水压荷载下屈服图(空白处为屈服区)。\n[0071] 图12为本实用新型实施例中7#坝段不同超载倍数下结合面状态图。\n[0072] 图13为本实用新型实施例中7#坝段完工后第十年老坝下游结合面开裂状况坝体最大顺河向位移随超载倍数变化曲线图。\n[0073] 图14为下游面五种开裂粘结比例示意图(浅色：开裂区域)。\n[0074] 图15为坝体最大顺河向位移随超载倍数变化曲线图。\n[0075] 图16初始开裂比例为70％时坝体超载最终变形示意图(放大30倍)。\n[0076] 图17初始开裂比例为70％时坝体超载结合面斜坡段键槽局部变形示意图。\n[0077] 图18结合面初始开裂70％时不同水压荷载下屈服状态图(空白：屈服区)。\n[0078] 图10中，a1表示无荷载作用时变形放大图；b1表示1.5倍水压荷载时变形放大图；\nc1表示2.0倍水压荷载时变形放大图；d1表示2.5倍水压荷载时变形放大图，e1表示3.0倍水压荷载时变形放大图，f1表示3.3倍水压荷载时变形放大图。\n[0079] 图11中，a2表示1.5倍水压荷载时屈服图；b2表示2.0倍水压荷载时屈服图；c2表示\n2.5倍水压荷载时屈服图；d2表示3.0倍水压荷载时屈服图；e2表示3.3倍水压荷载时屈服图。\n[0080] 图12中，a3表示超载倍数1.0下结合面状态图；b3表示超载倍数1.4下结合面状态图；c3表示超载倍数1.8下结合面状态图；d3表示超载倍数2.2下结合面状态图；e3表示超载倍数2.2下结合面状态图；f3表示超载倍数2.6下结合面状态图；g3表示超载倍数3.0下结合面状态图；h3表示超载倍数3.3下结合面状态图。\n[0081] 图13中，a4表示冬季变化曲线图；b4表示夏季变化曲线图。\n[0082] 图14中，a5表示开裂0％的开裂粘结比例示意图；b5表示开裂60％的开裂粘结比例示意图；c5表示开裂70％的开裂粘结比例示意图；d5表示开裂80％的开裂粘结比例示意图；\ne5表示开裂90％的开裂粘结比例示意图。\n[0083] 图18中，a6表示1.2倍水压荷载下屈服状态图；b6表示1.6倍水压荷载下屈服状态图；c6表示2.0倍水压荷载下屈服状态图；d6表示2.4倍水压荷载下屈服状态图；e6表示2.8倍水压荷载下屈服状态图；f6表示3.2倍水压荷载下屈服状态图；g6表示3.4倍水压荷载下屈服状态图。\n[0084] 图中1‑老坝体，2‑加高坝体，3‑榫槽，4‑过缝无粘结锚杆，5‑保温板，6‑ 冷却水管，\n7‑结合面老坝体体型修整拆除块，8‑沥青麻丝包裹，9‑进浆管，10‑ 灌浆支管，11‑U型管，\n12‑回浆管，13‑止水，14‑排气管，15‑排气槽，16‑出浆盒，17‑三通管，18‑圆形镀锌铁皮盖板，21‑灌浆系统，A‑界面处理结构，B‑连接结构。\n具体实施方式\n[0085] 下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本实用新型的优点更加清楚和容易理解。\n[0086] 现以本实用新型试用于某大坝加高工程为实施例对本实用新型进行详细说明，对本实用新型应用于其他坝体加高工程同样具有指导作用。\n[0087] 本实施例中，某大坝加高工程为国内加高规模最大的工程。本实施例中，某大坝加高工程先期设计拟采取后帮整体式进行加高，但现场试验和仿真计算发现，限于当地的气候条件，新老坝体之间采取常规的工程措施难以连成整体，难于完全结合在一起。\n[0088] 本实施例中，如图1所示，采用本实用新型所述后帮有限结合重力坝加高结构涉及老坝体1和加高坝体2。本实用新型通过界面处理措施对结合面老坝体体型修整拆除7，并对老坝体下游面进行凿毛和涂刷界面剂；通过结构措施在老坝体下游面设置榫槽3、过缝无粘结锚杆4，以及如图3所示布置接缝灌浆系统；加高施工过程中控制浇筑温度、埋设冷却水管\n6，加高完成后在加高坝体2下游面粘贴保温板5；采取以上新老坝体结合成套措施技术使加高后结合面达到一定结合(贴合)比例，以保证新老坝体之间达到联合受力的效果，可使重力坝加高工程稳定和应力满足设计及规范要求，工程安全。\n[0089] 本实施例中，采用本实用新型所述后帮有限结合重力坝加高结构的具体施工步骤及要求为：\n[0090] (1)界面处理措施：对老坝体1进行下游面修整处理，完成修整拆除块7 及其他可能影响坝体受力的尖角或突变构造体拆除。\n[0091] (2)界面处理措施：在老坝体1下游面切割形成榫槽3，并通过钻孔植筋形成过缝无粘结锚杆4，过缝无粘结锚杆4需在锚杆的外露部分近结合面局部包裹沥青麻丝8形成约\n10cm无粘结段(无粘结段的长度可以根据实际情况适当调整)。\n[0092] (3)界面处理措施：对老坝体1下游面通过机械钻凿的方式形成毛面，凿毛以露出新鲜骨料为准，约3cm左右(凿毛的深度可以根据实际情况适当调整)。\n[0093] (4)结构措施：在老坝体1下游面按照图3所示分区预埋接缝灌浆系统，图3仅为示意，实际工程可根据具体情况选择分区大小。首先，如图4在老坝体 1下游面凿槽埋设止水\n13；其次，如图6在灌浆分区内的老坝体1下游面钻孔埋设灌浆支管10，灌浆支管10穿过圆形镀锌铁皮盖板18，圆形镀锌铁皮盖板18 的周侧采用砂浆嵌填后形成出浆盒16；再次，采用圆钉将条形镀锌铁皮盖板钉在灌浆分区的顶部，条形镀锌铁皮盖板周侧及两端采用砂浆封堵后形成排气槽 15；最后，接管形成灌浆体系。\n[0094] 进浆管9与出浆管12在灌浆分区底部通过U型管11连接，如图5所示U 型管11设置有2个三通管。出浆管12与分区内各灌浆支管10连接。如图3，排气管14与排气槽15连接。进浆管9、出浆管12和排气管14需引出到新浇坝体2下游面适当位置备用。\n[0095] (5)温控措施：在老坝体1下游备仓浇筑新坝体2，新坝体2分层分仓逐步浇筑上升，浇筑仓内布置冷却水管6。混凝土浇筑前对该浇筑层仓面对应的老坝体下游面冲洗干净并吹干后涂刷界面剂。在混凝土运输和浇筑过程中采取措施控制温度回升，混凝土浇筑完成后即开始利用冷却水管6，通低温水控制新浇筑混凝土温升。新坝体2混凝土浇筑完成后，及时采用保温板5对新坝体2下游面进行保温防护。\n[0096] (6)新坝体2浇筑完成后，根据监测分析确定是否需利用灌浆系统对新老坝体结合面进行接缝灌浆。若老坝体1与新坝体2之间结合面的结合比例高于设计要求可不进行灌浆，若结合比例低于设计要求，应进行接缝灌浆提高新老坝体之间结合比例，确保新老坝体联合受力。\n[0097] 结论：本实用新型在本实施例中成功试用。本实施例采用本实用新型改变了传统重力坝加高方式，通过界面处理措施、结构措施和温控措施等新老坝体结合处理成套技术，使新老坝体之间达到一定的结合(贴合)比例，保证新老坝体之间联合受力，加高后的重力坝满足稳定和应力要求。\n[0098] 本实施例突破了后帮整体式和后帮分离式加高的限制，解决了大坝加高新老坝体之间难以连成整体或完全脱开的问题，可以大幅降低结合面处理工程措施费。实践表明：对于本实施例中某大坝加高工程新老坝体结合比例超过20％即可联合受力；本实施例利用本实用新型加高的重力坝运行安全平稳，产生了显著的经济效益和社会效益。\n[0099] 对上述实施例中某大坝加高工程采用本实用新型后的结合状态与安全情况进行分析，分析情况如下：\n[0100] 本实施例以某大坝加高工程中7#坝段大坝加高后坝体安全度研究为例，分析新老坝体结合面的结合状态。\n[0101] 1)、结合面实际结合状态下安全度评价分析\n[0102] 由于某大坝加高中7#坝段是重力坝的一典型坝段，为使计算结果具有一般性，选#\n取7坝段作为对象研究重力坝加高中超载安全度问题。\n[0103] 有限元网格模型如下图7、图8所示，共有单元32004个，结点39013个。\n[0104] 采用非线性分析方法计算7#坝段超载安全度情况，对加高后坝体安全情况进行初步评价。\n[0105] 计算中网格模型如图7、图8所示。荷载考虑自重和水压，其中基岩自重不考虑，只考虑坝体自重。超载采用水压容重超载，加载时首先将水压荷载加高至正常高水位，随后按照每步增加0.05倍水容重的方式进行超载，直至坝体屈服破坏，无法收敛。计算中基岩材料采用带抗拉强度的DP准则，坝体混凝土材料采用带抗拉强度的MC准则。\n[0106] 计算方案如下：首先用仿真分析方法模拟实际施工进度、蓄水过程和温控措施，考虑环境温度和材料参数随时间的变化情况，计算加高工程完工后十年时在正常蓄水位时，结合面的结合状况，随后以此为起点，按照每步增加0.05倍水容重的方式进行超载，直至坝体屈服破坏，无法收敛。\n[0107] 在非线性分析中，判断结构是否失效目前常用的有两类判据：收敛性判据和突变性判据。收敛性判据表现在方程的迭代不收敛，应变或位移无法收敛于一点而是反复跳跃或持续发散，实质是整体由结构变为机构，无法承受现有荷载。突变性判据表现在结构某一指标由一种常态突然变化，如超载倍数与位移曲线斜率突然变化等。这里采用两个指标表征结构安全情况，一是位移突变点超载倍数，一是最终不收敛超载倍数。\n[0108] 图9为7#坝段上游面顶点顺河向位移与超载倍数关系曲线，从图9中可看出，位移随着荷载的增加而增加，超载倍数约为3.0时发生位移突变，超载倍数约为 3.3时计算不收#\n敛。因此，7坝段在正常蓄水位下结合面处于实际结合状态时的超载安全度为3.3。\n[0109] 图10为7#坝段不同超载倍数时变形放大图。从图10中可以看出7#坝段最终破坏型式，在不同超载倍数下，其变形和常规重力坝超载下变形没有多少差别，破坏型式也相同，#\n超载安全度与假定7坝段整体浇筑时的安全度差别很小。\n[0110] 图11分别为7#坝段不同超载倍数时屈服图。从图11中可以看出屈服情况同结构变形是对应的。当坝段超载到1.5倍水压，坝体屈服区仍局限在坝踵应力集中的较小区域，说明坝体在运行期不同水位荷载作用下，坝体整体呈受压状态，屈服量基本没有或者局限在很小区域，坝体安全运行可得到保证，其最终破坏是坝段下部全断面屈服而失去承载能力。\n[0111] 在超载过程中，结合面状态也在不断发生变化，变化的大小和部位与超载倍数有关。由于结合面缝单元处于坝段上部和后面，在超载倍数较小时，法向应力基本上为压应#\n力，处于压剪状态，随着荷载增大，压应力逐渐减小，张开面积增大。图12为7坝段不同超载倍数下结合面张开、屈服与粘结情况。\n[0112] 由图12中可以看到，7#坝段超载过程中随着超载倍数增加，在超载倍数不超过2.5倍时结合面未开裂面积比例大致相同，变化较小；在超载3.0倍时结合面未开裂面积急剧变小，直至超载3.3倍时结合面未开裂面积为0坝体失去承载能力。\n[0113] 2)、不同结合面状态对安全度影响\n[0114] 本实施例以7#坝段为例，研究不同结合面状态对坝体安全度的影响，目的在于探讨结合面初始开裂比例对坝体安全度影响大小。由前面分析可知，模拟实际浇筑过程、温控#\n措施、蓄水过程及环境温度变化得到7坝段浇筑完成后10年时冬季和夏季结合面状态如图\n13所示。为了与实际状况尽可能相符合，这里以此开裂情况为基础，拟定五种工况，分别是开裂60％、70％、80％、90％和0％，即完全粘结。五种工况下具体开裂和粘结位置如图14所示。\n[0115] 计算中边界条件为基础岩体除上部边界外均法向约束，上部边界自由；坝体侧面法向约束，上下游面和顶面自由。荷载考虑自重和水压，其中基岩自重不考虑，只考虑坝体自重。超载采用水压容重超载，加载时首先将水压荷载加高至正常高水位，随后按照每步增加0.2倍水容重的方式进行超载，直至坝体屈服破坏，无法收敛。计算中基岩材料采用带抗拉强度的DP准则，坝体混凝土材料采用带抗拉强度的MC准则。\n[0116] 变形分析如下：\n[0117] 在超载分析中，坝体变形过大、突变或者计算不收敛，或者坝体屈服区过大时的超载倍数，可以看做是坝体超载安全度，依据这个准则对坝体定义安全程度。图15为不同开裂比例时坝体最大位移随超载倍数变化曲线。由图15可以看出，各种开裂比例下坝体最大顺河向位移值略有差异，但变化趋势、转折点等十分接近，说明不同初始开裂比例下坝体安全度是基本上相同的，结合面开裂情况对坝体整体安全度影响很小。超载安全系数以位移曲线突变点定义，为3.0到3.2 之间，以失去承载能力定义，约为3.3左右。结合面初始开裂情况对不同超载倍数下坝体变形略有影响，开裂比例越大，变形稍大。\n[0118] 屈服状态分析如下：\n[0119] 图16给出了坝体最终变形示意图，各种工况下变形形状相同，位移值略有差异。由图可以看出，坝体整体向下游变形，顶部变形较大，使得贴坡混凝土与老混凝土之间有错动倾向，但在键槽作用下，错动受到抑制，如图17所示，老混凝土键槽下部与新混凝土键槽上部压紧，阻止错动变形，键槽作用明显。这同时也解释了不同开裂比例下坝体安全度差异很小这一结论，即新老混凝土之间主要靠键槽传递压力和剪力，拉应力传递的比例很小，考虑到结合面上插筋措施会限制结合面开度，键槽尺寸要远大于结合面开度，所以新老混凝土间的开度对键槽传力的作用影响较小，因此，结合面不同结合状态对坝体的整体安全度的影响较小。\n[0120] 图18为新老混凝土结合面初始开裂比例为70％时不同水压荷载作用时结构屈服情况，从中可以看出，随着荷载不断增大，坝体和基础屈服区由坝踵部位逐渐向坝体顶部、基础底部和下游坝趾方向发展，最终当坝踵屈服区一直延伸到坝趾，前后贯通时，计算不再收敛，结构完全破坏。\n[0121] 可见，当结合面开度不影响结合面键槽的传力作用时，结合面不同的结合状态对坝体安全度影响较小，通过分析认为，只要结合面开裂面积比例不超过80％，考虑到结合面插筋等工程措施的限裂作用，结合面开度不会影响键槽传力作用，可满足大坝安全要求。\n[0122] 通过上述对某大坝不同坝段仿真分析、典型坝段超载分析以及不同新老混凝土结合状态下安全度分析，可得到以下结论：\n[0123] (1)重力坝加高后，新老混凝土结合面在多年运行后都会有不同程度的开裂，原因主要在于一方面是结合面上抗拉强度较低；另一方面是由于下游面气温年变化和新老混凝土温差在结合面上引起较大的拉应力，冬季侧面(靠近横缝) 为拉应力，中部为压应力；夏季则相反，侧面为压应力，内部为拉应力；结合面部分区域内法向应力随季节的变化在拉压应力之间往复变化引起开裂。由于新老混凝土温差可通过温控措施来减弱其影响，气温年变化影响是结合面开裂的主要诱因。\n[0124] (2)在某大坝加高后，新老混凝土结合面开裂面积随时间逐渐增大，结合面未裂部分的比例持续减少，直至完工后的十年左右未开裂的区域基本稳定，部分已开裂区域会随#\n着季节的变化进行周期性的开合变化。加高工程完工10年后， 7 坝段新老混凝土结合面未裂面积比例分别为31.1％、31.3％和20.1％。随着季节的变化，结合面结合状态也在发生变化，结合状态的变化对结合面附近的应力影响较大，其应力变化范围仅‑1.5～1.0MPa内，小于拉压应力允许值；对远离结合面的部位如坝踵附近的应力影响很小。因此，结合面结合状态的变化对坝体安全运行影响较小。\n[0125] (3)针对某大坝典型坝段7#坝段，以实际加高方案后基本稳定的新老混凝土结合状态为起点进行超载分析，采用水容重超载法的最大超载倍数约为3.3，并且坝段最终破坏模式和屈服状态与常规重力坝的类似，坝段安全度满足要求。\n[0126] (4)典型坝段结合面不同结合状态下的超载分析结果表明：7#坝段新老混凝土结合面初始开裂比例分别为90％、80％、70％、60％和无开裂时，坝段最终超载安全度约在3.2～3.4范围内，结合面初始开裂比例对坝体最终超载能力影响较小。其原因在于新老混凝土之间设有键槽，结合面开裂形成的开度很小，对键槽的传力作用影响有限，从而使得坝体结合面初始开裂程度对坝体超载能力影响很小。通过分析认为，只要结合面开裂面积比例不超过80％，考虑到结合面插筋等工程措施的限裂作用，结合面开度不会影响键槽传力作用，可满足大坝安全要求。\n[0127] 以上所述的具体实施例，对本实用新型专利的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型专利的具体实施例而己，并不用于限制本实用新型专利，凡在本实用新型专利的权利要求之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型专利的保护范围之内。\n[0128] 其它未说明的部分均属于现有技术。