混凝土拱坝工程设计论文

摘要：高拱坝在建设期往往会布置大量温度计来监测坝体温度变化情况，拱坝温度是高拱坝施工期及运行期控制的一个重要项目。以某高拱坝为例，在分析运行期温度变化规律与分布的基础上，计算拱坝运行期实测温度荷载，并与设计值进行差异性分析，进而分析对拱坝应力的影响程度。研究成果可为同类工程提供参考并反馈工程设计和指导工程实践。下面是小编精心推荐的《混凝土拱坝工程设计论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

混凝土拱坝工程设计论文 篇1：

水利工程土石方施工技术的分析

摘 要：水利工程设施可以实现对水流的整合和分配，降低水涝灾害的发生几率，还能够将收集的水资源利用到农业灌溉、水产养殖及人民的日常生产生活中去，由此不难发现，投入更多的人力、物力及财力兴建水利水电工程设施是有百利而无一害的。只有这样才可以切实的提升国家的综合实力，才能够提升群众的生活品质。文章结合当前的具体状态，分析了水利项目常见的土石方工程相关内容。

关键词：水利；水电；土石方；施工

引言：如果不能控制好丰富的水利资源，就会使得洪水灾害泛滥，造成巨大的经济损失，所以国家重视水利工程设施的修建，水利水电工程的土石方施工具有综合性强、系统性强的显著特点，施工过程也是极其复杂和繁琐的，会受到诸多不确定性因素的影响和制约，所以我们必须采取恰当合理及先进的施工工艺开展施工，提高水电工程建设水平和质量。

1 水利工程施工中几种常见的土石方施工技术

现阶段，我国的水利水电工程土石坝的高度呈现不断增高的趋势，而且数量也不断增多，建设的势头很猛，技术也在不断成熟与进步中，尤其是大型施工机械的利用方便了高石坝的大量建设。

1.1 爆破工艺

当前时期，爆破工艺有了很大的发展，其技术含量明显的增加了。此时的爆破设备改变了，过去使用的大多数是手风钻，此时已经变成了潜风钻。此类设备的效率非常高，而且它的技术特色显著，在具体的工作中能够明显的提升钻孔的精确性，便于工作者合理的控制工作的品质。站在工艺的层面上来分析，经由技术工作者合理的变革炸药车，此时得到了一种全新的装药机械，它不但明显的提升了装药的水平，而且效益很好，在我们国家的很多地方都有使用。

1.2 明挖工艺

在现代化社会发展中，微差爆破技术、光面爆破技术、预裂爆破技术等都得到了显著的发展，在水利工程施工中得到了广泛的应用。在具体的开展施工工作的时候，为了保证挖掘工作顺畅开展，保证精准，一些机构常常使用高坡开挖措施。这种措施非常先进，所以我们可以很好的掌控它的稳定性，保证挖掘工作顺畅开展。

1.3 土石坝施工

所谓的土石坝，具体的说就是使用碾压等措施，将所在区域的土和石料等混合到一起，筑造成坝体。这种坝的结构非常简单，而且便于开展施工活动，同时还能够节省材料。其对坝基的规定不是很严格，在如今的项目建设过程中，土石坝被大量的应用。它在我们国家的项目之中占据的比例非常高。由于它们的材料不一样，因此可以分成筑坝材料为石渣、爆破石料和卵石的堆石坝；筑坝材料为土和沙砾的土坝；以上两种材料所占比例相当的土石混合坝。按照土石坝不同的施工方法可分为：冲填式土石坝、碾压式土石坝、爆破堆石坝以及水中填土坝等。其中应用最为广泛的是碾压式土石坝。按照土石坝不同的坝高可分为：H<30m的低坝、30m≤H<70m的中坝、以及H≥70m的高坝。

对于土石坝来讲，它的优点非常多，比如，在建设的时候不需要远距离运输材料，此时就能够明显的节省长距离运输的费用。其次，它的性能很好，一般是散粒状态的，能够很好的应对变形现象，所以它对地基的规定不是很严格。第三，在维修的时候，因为它的结构不复杂，因此很好操控。第四，在工作中，工序不多，工艺不复杂。不过这并不表示它没有任何的缺陷。第一个问题是，它单独的布置溢洪道，这主要是因为其坝顶无法溢洪导致的。第二是天气会对粘性土产生很大的影响。第三是它的下沉现象非常明显。第四，它的导流不像是其他方法那样便捷。

对于水利项目来讲，土石坝是一类非常常见的结构，而且会不断加大应用力度。在具体的开展工作的时候，为了保证施工的品质，工作者可把各类有序的工艺用到其中，这样就可以确保坝体的品质良好。当前时期，此类施工工艺的类型繁多，而且价位不是很高，因此被大量的使用。

1.4 地下项目施工

在当前时代，水利项目必须发挥出应对洪灾灾害，浇灌田地等的功效。在建设的时候，地下洞室是非常关键的一个建设步骤，要先保证施工的品质，就必须变革工艺，使用先进的工艺。当前时期，相关工作者已获取了充足的经验，此时的土石方项目品质良好。

2 工程概况

某混凝土拱坝工程设计工期11月，土石方开挖总量约4000万立方米，混凝土浇筑总量约1400万立方米。工程选择了5个混凝土系统、5个人工砂石料系统、6个弃渣场、3个中转场和2个石料场，施工现场土石方的调度与调配比较复杂。

3 施工准备

在技术准备方面，准备了施工现场进行土石方爆破的，采用了复式交叉链接的起爆网络技术方案，适合工程的实际需要。土石方明开挖的量一般，就采用孔底设置柔性垫层的小梯段爆破法，在土石方的调配方面，经过精细地计算和规划，基本到预期的利用水平，采用高土坝的方式，预建立21个地下洞室，并配套相应的机械化施工设备。

4 施工程序

4.1 爆破程序

采用复式交叉连接的非电起爆网络，2489个炮孔分为258段，总延时8.1s，总装药35960t一次起爆，围堰拆除时，对埋有灌浆钢管的厚75cm的混凝土防渗墙实施爆破拆除，其中上横围堰，长598m，总装药1536t，分为402段，总延时17.8s一次爆除；下横围堰长890m，总装药8950t，分为290段，总延时9.5s，一次起爆。

4.2 土石方明挖程序

主要使用钻孔机械、运输机械、辅助机械以及挖装机械等现代化机械，坝高240m，开挖量为4000万立方米，边坡高度为330m。

4.3 土石坝施工程序

主要使用混凝土面板堆石坝技术，滑模工艺可以确保项目能够在规定的时间内完成，还能够节省物质，保证配比得当。

5 质量安全措施

第一，要切实提升工作者的质量安全意识，经由不定时的培训，使得工作者能够真正的从内心之中认识到安全的关键意义。第二，要建立合理的品质安管体系。第三，要做好质量安全控制过程，严格抓好事前、事中、事后的质量安全，确保项目不存在隐患。第四，要积极的开展监督工作，不断完善有关的法规，做好宣传活动，而且要完善举报制度，充分调动各方力量对工程的质量安全进行监督和举报，推进我国的法制化进程；第五，要提高队伍整体素质，编制质量安全手册，进行新进员工的培训工作，新工程开工前，对新开工工程进行全面技术交底，使作业人员熟知作业内容及质量要求。

6 结束语

通常来讲，在开展土石方项目的时候，会遇到很多干扰要素，它们的存在不但导致施工工作无法顺畅开展，还影响到施工的品质，因此为了保证品质，就要求施工者必须要和时代同步，使用优秀的工艺，在工作的时候必須考虑环境等多方面的要素，确保项目和生态的和谐共处，确保水利项目的真正作用得以有效的发挥。

参考文献：

[1]梅锦煜.我国水利工程土石方施工技术综述[J].水力发电，2013（29）.

[2]吕昕.水利工程施工中土石方施工技术的分析[J].科技创新与应用，2012（6）.

[3]霍鉴强.水利工程质量控制措施[J].沿海企业与科技，2010（2）.

作者：董树海

混凝土拱坝工程设计论文 篇2：

基于监测数据的高拱坝运行期温度荷载与应力分析研究

摘要：高拱坝在建设期往往会布置大量温度计来监测坝体温度变化情况，拱坝温度是高拱坝施工期及运行期控制的一个重要项目。以某高拱坝为例，在分析运行期温度变化规律与分布的基础上，计算拱坝运行期实测温度荷载，并与设计值进行差异性分析，进而分析对拱坝应力的影响程度。研究成果可为同类工程提供参考并反馈工程设计和指导工程实践。

关键词：高拱坝;温度;监测数据;温度荷载;温度应力

高拱坝在长期运行过程中载荷变化对坝体安全有较大的影响，而坝体载荷变化主要的影响因素为长期运行期间的温度载荷。文章通过对某电站枢纽实际坝体数据的采集和仿真分析，说明了长期运行工况下坝体温度载荷对坝体载荷变化的影响。

1 工程概况

某电站枢纽位于亚热带地区，为Ⅱ等大（2）型工程，由碾压混凝土双曲拱坝、溢流表孔、排沙底孔、引水发电隧洞等主要建筑物组成。

坝体共布置温度计99支，分别布置在高程700m、712m、730m、750m、770m、790m的拱冠和两坝端，温度计在上述高程按照5：5：5：4：4：3布置，上下游温度计距离坝面0.10m，用于监测库水温及气温，其余按等间距布置。

2 坝体实测温度变化过程与分布分析

2.1 坝体实测温度变化过程分析

通过分析坝体典型高程（760m）温度测值变化过程可知：

（1）下游坝面：高高程下游坝面温度计均受气温影响显著，呈现明显年周期变化规律，坝面多年平均值为18.58之间，多年平均变幅在1.10℃～17.48℃之间，均值为9.43℃，拱坝下游面温度多年平均变幅小于气温变化量。

（2）上游坝面：上游坝面总体可反应库水温变化情况，呈现年周期变化规律，多年平均值在15.15℃～20.08℃之间，表现为上部（深度55m以内）水温相对较高，温度在20℃左右，下部水温相对较低，温度在15℃左右;上游坝面多年年变幅平均值在1.09℃～12.74℃之间，均值为5.34℃，小于下游壩面温度变幅。

（3）坝体内部：坝体内部温度总体处于稳定状态，温度变幅总体小于上游坝面温度变幅，受环境影响相对较小。

2.2 坝体实测温度分布分析

选取坝体拱冠梁温度监测断面，绘制该断面2018年和2020年典型时间温度分布见图1。由温度分布图可见：

（1）拱冠梁温度场总体沿水平梯度方向分布，在坝体底部附近由于受坝基边界热传导作用的影响逐渐转变为竖直梯度方向分布。

（2）由高低温季节对比可以看出，环境温度对坝体影响主要发生在坝体顶部、坝体下游面和坝体上游面浅水部分，坝体内部、坝体底部和坝体上游面水深55m以下温度基本保持稳定。

（3）由2018年和2020年温度纵向对比图和过程线可以看出，2018年和2020年同季节温度分布基本一致，坝体内部温度变化基本已稳定;坝体内部最高温度约为21℃（坝体中上部），最低温度约为15℃（靠近基岩部分）。

3 拱坝实测温度荷载分析

本工程拱坝为碾压混凝土拱坝，为发挥碾压混凝土快速施工的特点，坝内未埋深冷却水管，尽管拱坝施工过程中经历过多次停工，封拱灌浆时由于坝内温度较高而导致横缝未完全张开，拱坝实际封拱温度高于设计封拱温度。故有必要计算实际温度荷载和应力与设计的差异引起的对拱坝应力的影响。

根据以上公式，结合本工程封拱灌浆温度等监测资料，计算温升和温降工况温度荷载情况，并与设计温度荷载进行对比，图2绘制了设计温度荷载和实际温度荷载对比图，可见：

（1）温升工况下，设计温度荷载主要表现为上下游方向的梯度变化，即下游坝面（中上部，设计温升最大值约为12.05℃）至上游坝面（中下部）温度逐渐降低，实际封拱时由于坝体中上部温度较高，实际温度荷载变化主要表现在坝体中上部，实际温升最大值约为5.96℃;实际温升荷载相对于设计值有一定减小。

2）温降工况下，设计温降荷载在坝体中上部表现为沿高程方向的梯度变化，坝顶温降相对较大（5.98℃），坝体中下部表现为上下游方向的梯度变化;实际温降荷载分布主要在坝体中上部，实际最大温降8.85℃;实际温降荷载相对于设计值有一定增大，坝体中上部温降荷载增大约3℃～5℃，中下部温降荷载增大约1℃～3℃。

4 温度应力差异性分析

4.1 有限元计算模型

建立本工程三维有限元计算模型，拱坝左右岸、上下游及底部坝基模拟范围均大于2倍坝高，模型全部采用八结点六面体等参单元剖分，坝厚方向剖分6层网格。模型共剖分单元45408个，节点总数51105。

4.2 温升工况应力差异分析

拱冠梁断面设计与实际温度荷载情况下坝面应力的对比后可见：

（1）上游面：上游面整体大主应力相对于设计水平有所减小，实际温度荷载相对于设计值的差异使得坝体上游面拉应力有所减小。实际温度荷载计算所得坝体上游面小主应力除高高程近坝基区域有所增大外，整体小主应力相对于设计荷载有所降低，压应力最大值约-3.8MPa，出现在拱冠梁高程774m附近。因此，整体而言实际温度荷载相对于设计值的差异使得坝体上游面压应力有所增大，但未超过混凝土设计强度。

（2）下游面：实际温度荷载计算所得下游坝面大主应力相对于设计值在高程774m以上有所减小，但变化幅度不大，在高程774m以下大主应力有所增大，除局部应力集中外未出现拉应力。实际温度荷载计算所得下游坝面小主应力除近坝基区域有所降低（局部应力集中）外，整体而言小主应力较设计情况有所增大，即实际温度荷载相对于设计值的差异使得下游坝面整体压应力水平有所降低。

总体来看，温升工况下，实际温度荷载小于设计温度荷载，使得上游坝面压应力有所增大而下游坝面压应力有所减小。

4.3 温降工况应力差异分析

拱冠梁断面设计与实际温度荷载情况下坝面应力的对比后可见：

（1）上游面：实际温降荷载计算所得上游坝面近坝基位置附近的拉应力普遍较设计荷载计算值增大约0.5～1.0MPa，但该区域为局部应力集中;整体而言高程774m以上区域大主应力有所减小，而高程774m以下区域大主应力有所增大，除近坝基应力集中区域外未出现拉应力。实际温度荷载计算所得上游坝面靠近拱冠梁区域及高高程区域小主应力较设计荷载计算值有所减小，即坝面压应力有所增大，且高程越高区域增加幅度越大，但未超过混凝土设计强度。

（2）下游面：实际温度荷载计算所得下游坝面大主应力较设计荷载计算值在高程：74m以下区域均有所增大，即拉应力有所增加，其中最大值达到0.99MPa，為局部应力集中，除应力集中区域外坝面最大拉应力约0.8MPa，未超过强度设计值，实际温度荷载相对于设计值的差异使得下游面整体主拉应力水平有所提高。实际温度荷载计算所得下游坝面小主应力较设计荷载计算值在高程774m以上有所减小但变化幅度不大;在高程774m以下区域小主应力有所增大，除近坝基应力集中区域外坝面压应力未超过设计强度。

总体来看，温降工况下，实际温度荷载相对于设计值的差异对坝体应力影响最不利之处表现为坝体下游面整体拉应力水平有所加大。

5 结语

本文基于温度实测数据对高拱坝温度荷载与应力进行了分析研究，结果表明：

（1）环境温度对坝体影响主要发生在坝体顶部、坝体下游面和坝体上游面浅水部分;

（2）温升工况下，实际温度荷载小于设计温度荷载，使得上游坝面压应力有所增大而下游坝面压应力有所减小。温降工况下，实际温度荷载相对于设计值的差异对坝体应力影响最不利之处表现为坝体下游面整体拉应力水平有所加大;

（3）拱坝实际封拱温度往往高于设计封拱温度，导致坝体应力水平与设计值有所差异，主要不利位置发在下游坝面（温降）。故高拱坝在施工过程中需重视混凝土温度控制，同时运行期注意寒潮等极端天气影响。

参考文献：

[1] SL 744-2016，水工建筑物荷载规范[S].

[2]宋健. 考虑温度荷载的高拱坝静动力分析与影响因素[D]. 大连：大连理工大学， 2016.

作者：史波 唐朝

混凝土拱坝工程设计论文 篇3：

基于数值计算在水利工程中的应用分析

摘 要：水利工程的修建，不仅解决了人们生活上的问题，同时对于提高国家经济发展也起到了重要作用。水利工程建设庞大，如若不能及时妥善解决修建过程中出现的问题，将会发生难以挽回的后果。随着水利工程和计算技术的不断发展发展，数值计算在水利工程的各个方面都有应用，这一应用对提高水利工程的安全稳定性起到了很大的作用，并且可以节省大量的人工计算时间，在人力、物力上都有显著的提高。

关键词：数值计算 水利工程 应用分析

水利工程的修建历史悠久，最早可追溯到大禹时期较为著名的大禹治水。古人重视水利工程的建设，原因在于它不仅促进了农业的发展，同时也促进了经济的发展。新中国成立后更是重视水利工程的建设，由于水利工程项目建设庞大，修建过程中难免不会出现小失误，而往往是小失误才可能导致大事故的发生。一旦发生水利事故，将会严重威胁生活在下游的百姓的生命和财产安全。所以，在工程建设的整个阶段都需要投入细心和耐心，在前期的计算阶段就要严格核查，不放过每一处小错误。

1 水利工程中存在的问题

水利工程是民生问题的关键所在，工程质量是大家关注的焦点问题。工程的整个设计阶段和施工阶段都会受到某些客观因素和意料不到的环境因素影响，给水利工程设计增加难题。所以，水利工程中存在的问题不容忽视，而对每个问题都必须仔细周全的分析。在设计阶段就要对施工地点的水文地质情况以及对实际地形地貌进行勘察，近些年来的降雨情况等问题都要仔细调查，将环境影响尽可能降至最低。同时要对可能出现问题的地点、产生原因、问题出现是否有规律性以及相应问题的紧急应对措施都要进行分析研究。如对小型水库引起溃坝风险的可能因素，溃坝后的紧急抢救措施，水工铜闸门的震动失效处理方法等问题进行研究。这些研究结果都能在很大程度上降低溃坝对工作人员和下游百姓的人身和财产安全，预防并减少灾害带来的经济损失。

1.1 重力坝

重力坝的根本特点是，在巨大的水压力及其他荷载的作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来维持稳定，同时依靠坝体自重产生的压力以及水压力所引起的拉应力以满足强度要求。其坝体应力较低，且对温度的控制要求较高。坝基是最容易出现问题的地方，坝基稳定是整个重力坝成败的关键，所以，坝基需满足承受重力坝压力的要求，防止渗漏也要控制在相应标准内。地基是重力坝的基础，为避免重力坝发生失稳现象，应当加强对巩固地基的重视。一般来说，重力坝的跨度相对较长，坝基所处位置的地质不同可能会导致地基对于稳定性的要求不同，所以，加强对地基稳定性调查时必要的。调查内容如基岩的渗透性、基体内是否存在软性夹层等。

1.2 土石坝

土石坝是历史最为悠久的一种坝型，主要是指由当地土料、石料等经一系列方法填筑而成的挡水坝，正是由于土石坝特殊的结构，使得其适应变形的能力较强。大多数土石坝的剖面形状为梯形。土石坝结构简单，施工简单，可就地取材，节省了大量水泥、木材和铜材，降低了工程造价，且便于维修。

1.3 拱坝

拱坝是一个空间的壳体挡水结构，平面上向上游弯曲，呈曲线形，在水和淤积泥沙等水平为主的荷载作用下，大部分荷载将通过拱的作用传递到两岸的基岩上，少部分荷载将通过垂直梁的作用传给坝底基岩。

拱坝上的载荷主要有水压力、温度载荷等，由于拱坝受到温度影响较大，所以，在拱坝的设计中温度荷载是需要重点考虑。尤其是在坝顶部分，温度变化相当明显。在长期的使用过程中坝体的温度就会趋于稳定，变化上下变化的幅度不会太大。

2 数值计算方法的应用

数值计算方法是一种研究并解决数学问题的数值的近似解方法，利用计算街解决各种数学问题的方法。在水利工程中，主要应用了数值计算方法中的有限元方法，利用ansys等有限元软件，对数据进行计算分析。

2.1 数值计算在重力坝上的应用

由于重力坝的坝面各个部分材质不同且坝体应力较低等原因，实际坝面应力难以根据测定和计算得出，尝试对重力坝坝面进行数值分析，进而得到较为合理和准确的解是很有必要的。要想计算混凝土重力坝的应用分析，首先需要初步拟定好坝体的断面，然后才能进行数值分析，数值分析的主要内容是校核坝体在使用期间内的强度和稳定性是否达到要求。目前计算的方法是理论计算法，其中较为常用的是材料力学法，这种方法得到广泛的运用，被认为是在重力坝设计中最基本的计算方法。理论计算法有很多，较为常用的就是材料力学法。随着对水利工程和计算机联合作业的深入研究，数值计算可视化是非常值得期待的。使数字化在重力坝上的应用，从而增加其坝体可靠性和稳定性。

2.2 数值计算在土石坝上的应用

由于多土石坝优点和性能好，所以，應用数值计算相对而言是比较容易的，并且在土石坝设计中，如地基的处理、边坡稳定性问题以及防止坝体渗流等问题较为常用的是数值计算方法。

引起边坡失稳问题的发生可能是多种因素导致的，较为主要的因素通常是降雨强度大，降雨量过多。解决降雨入渗导致滑坡失去稳定性这一问题，首先就要研究降雨瞬间渗流场、非饱和渗流场、土坡应力场以及各种边界的条件和特点。在渗流作用下对边坡进行研究，可使用代替容重法，这种方法的使用已经考虑到渗流作用的影响，但是在复杂的渗流条件下这种方法会受到影响。为了解决这种情况，不断改进方法以满足复杂渗流条件下的计算。

土石坝由于本身所具有的特殊结构，在建筑的时候用增加坝底的面积来减小坝体所承受的应力，且具有较好的抵抗变形的能力。因此，土石坝可利用自身性能加强天然地基的强度，满足其变形要求和地基处理的标准等。但是由于土石坝本身由土料和石料经过抛填和碾压等方法砌筑而成的，相对重力坝而言，坝基承载力、抵抗变形强度、抗渗能力都较为一般。土石坝的坝基处理处于整个建筑设计的核心地位，坝基的稳定性直接影响着整个土石坝的安全。所以对坝基问题的处理上要更加仔细谨慎，不论是计算还是修建过程中都不能有丝毫懈怠。张尚坤等就研究了基于IGW的各项异性地层渗流，实现对土石坝各项异性地层的二位渗流场真实区域的数值模拟；李永庆等对新立城水库坝基渗流进行了分析以及对防渗措施进行了选择。

2.3 数值计算在拱坝上的应用

拱坝受温度的影响很大，在拱坝的应力和稳定分析中，温度载荷的影响是不可忽略的。温度荷载是在设计拱坝中必须考虑的一项荷载，只有在施工期间内较好地控制温度在合理的变化范围内波动，整个大坝的稳定性可保持稳定。但是目前对于重力拱坝内温度不能控制在线性范围内，要解决这一问题就需要对拱坝的温度荷载进行分析和研究，从而找到合适的解决方案。

3 结语

随着技术的不断进步和研究的深入，数值计算的方法将会不断应用到水利工程中的各个方面。更多的计算方法方法也会不断被研究出来，数值计算在水利工程中的应用也会对提高工程的安全性起到一定的保障作用。

参考文献

[1] 王栋，毛拥政.对拱坝设计中一些问题的认识[J].陕西水利，2015（2）：65-66.

[2] 朱伯芳.论混凝土拱坝有限元等效应力[J].水利水电技术，2012（4）：30-32.

[3] 贾敬蓓，宗智，曾艳彬，等.三体船砰击压力数值计算方法研究[J].中国造船，2012（3）：110-120.

[4] 宋鹏，程琳，田振华.高拱坝安全度计算方法对比分析[J].水力发电，2012（10）：36-39.

[5] 唐广慧，刘发祥，唐升贵，等.当前岩石力学数值计算方法应用探讨[J].西部探矿工程，2007（12）：25-29.

作者：唐炜