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1、10申请公布号CN102071660A43申请公布日20110525CN102071660ACN102071660A21申请号201010560647122申请日20101126E02B1/00200601E02B7/12200601E02B3/1620060171申请人河海大学地址210098江苏省南京市鼓楼区西康路1号72发明人李同春王志强刘晓青赵兰浩牛志伟54发明名称一种拱坝坝踵应力释放方法57摘要本发明一种拱坝坝踵应力释放方法属于水利工程领域，对于拱坝坝踵处过大的拉应力，通过在拱坝的上游坝踵处地基内设置人工竖直缝，放松地基的约束，将坝踵部位的过大拉应力转移到人工竖直缝端，实现向坝基低应。
2、力区的转移，使坝踵部位的过大拉应力得到释放，以达到防止坝踵开裂的目的。本发明的优点在于，不需要设止水，不会降低坝体的安全度，可有效的降低拱坝坝踵附近的拉应力，较好预防坝踵部位的开裂。在正常使用时，坝基内部允许开裂，以达到“以缝治缝”的目的。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图3页CN102071664A1/1页21一种拱坝坝踵应力释放方法，其特征在于所述的方法步骤如下通过在拱坝上游坝踵处坝基内设置人工竖直缝结构，来放松地基的约束，将坝踵部位的过大拉应力转移到人工竖直缝端，实现向坝基低应力区的转移，使坝踵部位的过大拉应力得到释放，具体实施方法。
3、包括确定设缝范围和设缝深度。2根据权利要求1所述的拱坝坝踵应力释放方法，其特征在于所述的方法中设缝范围为沿坝体上游坝面与地基的交界线，自某一高程起至坝基最低点；设缝深度为在上述设缝范围内竖直向下某一深度值。3根据权利要求2所述的拱坝坝踵应力释放方法，其特征在于所述的某一高程通过以下步骤来确定1利用线弹性有限元法计算得到温降工况不设人工竖直缝时拱坝坝体的第一主应力分布；2计算得到的坝体第一主应力等值线随高程增加而减小；3所述的某一高程取上游坝踵处第一主应力刚好大于混凝土抗拉强度值时对应的高程。4根据权利要求2所述的拱坝坝踵应力释放方法，其特征在于所述的竖直向下某深度值通过以下步骤来确定1在上述设。
4、缝范围内由小到大取多种不同的设缝深度，利用线弹性有限元法计算温降工况设置不同深度人工竖直缝时对应的坝体第一主应力；2计算得到的坝体第一主应力随人工竖直缝深度的增加而减小；3所述的竖直向下某深度值取上游坝面最大第一主应力刚好小于混凝土抗拉强度时对应的深度。5根据权利要求1所述的拱坝坝踵应力释放方法，其特征在于所述的人工竖直缝，不设置止水。6根据权利要求15任一项所述的拱坝坝踵应力释放方法，其特征在于所述的人工竖直缝，包括与竖直方向有一定夹角的斜缝以及基础开挖后混凝土置换不灌浆形成的缝。权利要求书CN102071660ACN102071664A1/3页3一种拱坝坝踵应力释放方法技术领域0001本发。
5、明涉及一种应力释放方法，具体的说是拱坝坝踵应力释放方法，属于水利工程坝工结构领域。背景技术0002目前，我国正在兴建和待建的一大批高拱坝，部分是坝高300米级的特高拱坝，如锦屏一级305M高、小湾295M高、白鹤滩289M高、溪洛渡278M高等，其安全性问题是当前拱坝建设中人们关注的焦点。0003国内外已建成的拱坝运行监测、计算分析均表明，高拱坝坝踵部位在施工期属于强约束区，运行期应力复杂，同时混凝土的材料特性是抗压不抗拉，抗拉强度大致只有抗压强度的1/10，因此坝踵区往往由于存在较大的拉应力而很容易产生裂缝。坝踵开裂后，高压水进入裂缝会产生劈裂作用，促使裂缝继续发展；渗压加大，对拱坝的抗滑稳。
6、定产生不利影响；修补异常困难，耗资巨大。0004预防坝踵开裂，可以在做好温度控制包括提高温控标准，做好表面保温，优化通水冷却的基础上，再采取措施来降低坝踵处的拉应力。目前拱坝坝踵处应力释放主要有以下两种方法一种采取局部加大拱端和梁底厚度，这种方法具有可降低坝底的切应力和主拉应力、施工简单等优点，但缺点是无法为可能产生的裂缝设置止水杜成斌，周边缝、底缝拱坝分析研究综述，水利水电科技进展，1999；另一种采取在坝体与地基接触的周边和底部设置预留缝，这种方法认为坝踵附近过大拉应力是由于坝体受地基固端的约束引起的，只要放松地基的约束，拉应力即可消除，其优点是可在上游面设止水，万一开裂，可防止压力水进入。
7、缝内，其缺点是在坝内增加了一个弱面即施工缝，降低了安全度，使施工复杂化，另外边缘缝和底缝是针对上游坝面平行于基岩面的裂缝而设置的，但实际工程中除了水平施工缝和横缝被拉开外，其余裂缝几乎都是垂直基岩表面的，与边缘缝和底缝正好成90度夹角朱伯芳，从拱坝实际裂缝情况来分析边缘缝和底缝的作用，水力发电学报，1997。0005因此拱坝设计中需要一种简便有效的方法释放坝踵应力。发明内容0006本发明所要解决的技术问题是针对以上现有技术的不足之处，提出一种可简便有效的达到降低坝踵应力目的拱坝坝踵应力释放方法。0007本发明解决以上技术问题的技术方案是0008通过在拱坝上游坝踵处坝基内设置人工竖直缝结构，来放。
8、松地基的约束，将坝踵部位的过大拉应力转移到人工竖直缝端，实现向坝基低应力区的转移，使坝踵部位的过大拉应力得到释放，具体实施方法包括确定设缝范围和设缝深度。0009所述的方法中设缝范围为沿坝体上游坝面与地基的交界线，自某一高程起至坝基最低点；设缝深度为在上述设缝范围内竖直向下某一深度值。说明书CN102071660ACN102071664A2/3页40010所述的某一高程通过以下步骤来确定00111利用线弹性有限元法计算得到温降工况不设人工竖直缝时拱坝坝体的第一主应力分布；00122计算得到的坝体第一主应力等值线随高程增加而减小；00133所述的某一高程取上游坝踵处第一主应力刚好大于混凝土抗拉强。
9、度值时对应的高程。0014所述的竖直向下某深度值通过以下步骤来确定00151在上述设缝范围内由小到大取多种不同的设缝深度，利用线弹性有限元法计算温降工况设置不同深度人工竖直缝时对应的坝体第一主应力；00162计算得到的坝体第一主应力随人工竖直缝深度的增加而减小；00173所述的竖直向下某深度值取上游坝面最大第一主应力刚好小于混凝土抗拉强度时对应的深度。0018所述的人工竖直缝，还包括与竖直方向有一定夹角的斜缝以及基础开挖后混凝土置换不灌浆形成的缝。0019所述的人工竖直缝，不需要设置止水。0020本发明的优点是本发明的拱坝坝踵处应力释放方法，即坝基处设置人工竖直缝结构，不需要设止水，不会降低坝。
10、体的安全度，可有效的降低拱坝坝踵附近的拉应力，较好预防坝踵部位的开裂。在正常使用时，坝基内部允许开裂，以达到“以缝治缝”的目的。附图说明0021图1为坝基人工竖直缝布置上游面示意图；0022图2为图1的俯视图；0023图3为大坝和人工竖直缝的剖面图；0024图4为实施例一温降工况不设缝时上游坝面第一主应力等值线图；0025图5为实施例一设缝深度为1M上游坝面第一主应力等值线图；0026图6为实施例一设缝深度为2M上游坝面第一主应力等值线图。0027具体实施方式0028下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。0029实施例一0030本实施例是温带地区修建的高拱坝，坝顶高程610M，坝底高程。
11、为332M，最大坝高278M，正常蓄水位600M，坝底厚度60M，坝体平面为双曲拱坝，混凝土抗拉强度为2MPA。温降工况对应的荷载为坝体自重正常蓄水位对应的上下游静水压力泥沙压力温降荷载。0031本实施例的坝基人工竖直缝布置如图1、图2、图3所示，设缝范围为沿坝体上游坝面与地基的交界线，自530M高程起至坝基最低点322M；设缝深度为在上述设缝范围内竖直向下2M。0032图1、图2、图3中1为坝体上游面，2为坝体上游坝面与地基的交界线，3为人工竖直缝，4为坝体，5为坝体下游面。说明书CN102071660ACN102071664A3/3页50033所述的530M通过以下步骤来确定00341利用。
12、线弹性有限元法计算得到温降工况不设人工竖直缝时拱坝坝体的第一主应力分布如图4；00352计算得到的坝体第一主应力等值线随高程增加而减小；00363所述的某一高程取上游坝踵处第一主应力刚好大于混凝土抗拉强度值时对应的高程，高程值为530M。0037所述的竖直向下2M通过以下步骤来确定00381在上述设缝范围内取1M深度，利用线弹性有限元法计算温降工况坝体第一主应力分布如图5；00392在上述设缝范围内取2M深度，利用线弹性有限元法计算温降工况坝体第一主应力分布如图6；00403在上述设缝范围内取3M深度，利用线弹性有限元法计算温降工况坝体第一主应力分布；00414计算得到的坝体第一主应力随人工竖。
13、直缝深度的增加而减小；00425所述的竖直向下某深度值取上游坝面最大第一主应力表1刚好小于混凝土抗拉强度时对应的深度2M，从计算结果可见当深度超过2M时拉应力减小效果已不明显；因此取2M。0043线弹性有限元法计算温降工况不设缝时对应的坝体第一主应力，图5图6为第一主应力等值线图，等值线跨度为2MPA，其中负数表示压应力，正数表示拉应力。0044设缝范围为530M332M高程，设缝深度取1M、2M、3M时对应的坝体最大第一主应力见表1。由表1可以看出，随着设缝深度的增加，上游坝面最大第一主应力逐渐减小，缝深取1M时，上游坝面最大第一主应力降至351MPA，释放约55，缝深取2M时，最大第一主应力降至177MPA，释放约78，已经小于坝体混凝土的抗拉强度，因此，设缝深度可取上游坝面刚好不出现最大第一主应力大于混凝土抗拉强度对应的深度2M。0045表1不同设缝深度对应的上游坝面最大第一主应力0046设缝深度M上游坝面最大第一主应力MPA0795135121773150说明书CN102071660ACN102071664A1/3页6图1图2说明书附图CN102071660ACN102071664A2/3页7图3图4说明书附图CN102071660ACN102071664A3/3页8图5图6说明书附图CN102071660A。