丹江口大坝加高新老混凝土结合面灌浆效果分析

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发布时间：2021-09-10

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丹江口大坝加高新老混凝土结合面灌浆效果分析
徐跃之 r，陕亮
(1．长江科学院材料与结构研究所，湖北武汉430010； 2．水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中
心，湖北武汉430010)
摘要：混凝土新老坝体的结合问题是南水北调丹江口大坝加高工程的主要技术难题之一。施工初期的结合面
基本上结合完好，但在外界气温年际变化的影响下，后期都有不同程度的张开，因此，通常采取灌浆措施。但
是，灌浆以后，在环境温度年际变化的作用下，结合面是否会再次张开，灌浆是否起到作用，这些都是设计、施
工人员非常关心的问题。结合丹江口大坝2号坝段加高的施工过程，通过三维非线性有限元模拟计算分析，
研究新老混凝土结合面张开后的灌浆效果。研究认为：对新老混凝土结合面进行灌浆处理，能够有效提高结
合面的接触面积，对降低整个上游面竖向拉应力是有利的。
关键词：大坝加高；新老混凝土结合面；灌浆；三维有限元法；丹江口大坝
中图法分类号：TV543．6 文献标志码：A
南水北调丹江口大坝加高工程施工中，新老坝体
混凝土结合问题是主要技术难题之一。先期进行
的3次现场试验的结果及相关的仿真计算资料表明，
新老坝体结合面在混凝土浇筑完成后一段时间内基本
上是结合完好的，但在外界气温年际变化的影响下，后
期都有不同程度的张开。周期性变化的气温使坝
体下游面产生伸缩，是产生结合面法向拉应力进而引
起张开的主要因素。结合面张开会改变新、老坝体
联合受力的条件，影响大坝的安全运行。因此，通常采
取灌浆措施，希望使新老坝体能够重新起到联合受力
的目的。但是，灌浆以后，在环境温度年际变化的作用
下，结合面是否会再次张开，灌浆是否起到作用，这些
都是设计、施工人员非常关心的问题。本文结合丹江
口大坝加高工程2号坝段施工过程，采用三维非线性
有限元仿真计算方法，对新老混凝土结合面的接触状
态进行模拟，研究分析结合面张开后的灌浆效果，以期
能够从中得到些许有益的认识。
1 研究内容与模拟方法
1．1 研究内容
通过新老混凝土结合面张开后是否采取灌浆措
施，研究灌浆对新老坝体混凝土结合面接触状态及坝
踵应力的影响。
1．2 模拟方法
采用厚度趋于零的八节点接触单元对新老混凝土
结合面进行模拟，认为缝面接触时能传递压应力、剪应
力，缝面在初始状态未开裂时能传递有限的拉应力。
设缝面摩擦系数、凝聚力和抗拉强度分别为／、c
和。，初始法向问隙为。，在荷载作用下产生的缝面
两侧法向(n)、切向(t、s)的相对位移分别为W，、“，、。
， +W。≤0表示法向闭合，则缝面接触应力与相
对位移之问的关系为：
r n= n( r+ 。)
{r =k (1一加。／l W I)·M， (1)
L 『 =k (1一W0／I加 I)。，
式中，j} 、七。、七为缝面单位面积的法向刚度和切向刚
度。为使缝面不产生嵌入现象，、J}。、|i} 理论上应取无
穷大，实际计算中一般取高于混凝土弹性模量和剪切
模量一个数量级，这样虽有嵌入，但不过分。、。、
为缝面的法向应力和切向应力。
当缝面法向闭合时，切向应力可能超过抗剪强度