[发明专利]高拱坝混凝土碱-骨料反应变形控制方法

说明书

本发明公开了高拱坝混凝土碱‑骨料反应变形控制方法，模拟拱坝混凝土碱‑骨料反应膨胀变形：预测拱坝混凝土碱‑骨料反应可能引起的膨胀变形值，采用坝体整体升温的方式模拟拱坝混凝土碱‑骨料反应膨胀变形；分析碱‑骨料反应膨胀变形对拱坝长期安全影响。本发明针对高拱坝碱‑骨料反应问题，建立考虑碱‑骨料反应膨胀变形对拱坝长期安全影响的分析方法，提出大坝混凝土允许碱‑骨料反应膨胀变形控制指标，以及抑制混凝土碱‑骨料反应对大坝不利影响的工程措施，进而建立一整套高拱坝混凝土碱‑骨料反应变形控制技术，实现了混凝土碱‑骨料反应学科与拱坝结构设计结合的技术突破，对保障高拱坝长期安全运行具有重要意义。

技术领域

本发明涉及水利工程领域，尤其涉及高拱坝混凝土碱-骨料反应变形控制方法。

背景技术

碱-骨料反应是指混凝土中的碱性物质与骨料中的活性成分发生化学反应，引起混凝土不均匀膨胀，导致开裂、甚至破坏。碱-骨料反应破坏(AAR)发生在混凝土内部，且持续不断进行，修补与加固非常困难，有时甚至需要重建。半个多世纪以来，碱-骨料反应破坏已在全球范围内造成巨大的损失，特别是水工混凝土结构，其所处的潮湿环境和较长的寿命要求为碱-骨料反应提供了优良的环境条件和时间保证。

碱-骨料反应所导致的严重后果已逐渐被人们所认识。近年来，许多水利工程已经开始重视碱-骨料反应问题，越来越多的工程在开工前对骨料进行碱活性检验，并采取积极措施预防碱-骨料反应的发生，如在混凝土中采用组合骨料，掺和矿渣、粉煤灰、火山灰等活性材料以及控制混凝土总碱含量等工程措施抑制碱-骨料反应，但长期有效性还需论证。

为此，我们提出高拱坝混凝土碱-骨料反应变形控制方法。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了高拱坝混凝土碱-骨料反应变形控制方法以解决上述提出的问题。

本发明提供如下技术方案：

高拱坝混凝土碱-骨料反应变形控制方法，包括以下步骤：

A、模拟拱坝混凝土碱-骨料反应膨胀变形：预测拱坝混凝土碱-骨料反应可能引起的膨胀变形值，采用坝体整体升温的方式模拟拱坝混凝土碱-骨料反应膨胀变形；

B、分析碱-骨料反应膨胀变形对拱坝长期安全影响：采用弹塑性有限元方法，考虑拱坝运行期可能遭遇的各荷载组合，分析各荷载组合工况下拱坝的屈服区和变形随膨胀变形增加的扩展过程和变化规律；

C、提出大坝混凝土允许碱-骨料反应膨胀变形控制指标：计算得到各种荷载组合下拱坝变形与膨胀变形的关系曲线以及坝体的屈服区分布，根据坝体屈服区的扩展范围、坝体变形与膨胀变形关系曲线的斜率，提出对应不同风险级别下拱坝最大允许膨胀变形量值的确定准则；

D、提出抑制混凝土碱-骨料反应对大坝不利影响的工程措施：提出相应工程措施，如控制混凝土总碱含量抑制碱-骨料反应，通过控制最低库水位，减小库水抬升或消落速率等，抑制混凝土碱-骨料反应对大坝的不利影响。

优选的，所述步骤A中坝体混凝土采用坝址附近料场的大理岩和石英砂岩骨料，其中石英砂岩是碱活性岩石。

优选的，所述步骤B中根据拱坝实际体型、分缝、细部结构、不同部位的材料分区以及工程地质条件，建立拱坝-地基三维有限元模型。

优选的，所述步骤B中弹塑性有限元方法：计算分析各荷载组合下拱坝屈服区以及变形随膨胀变形增加的扩展过程和变化规律，计算分析中坝体混凝土与地基岩体的材料非线性采用DP屈服准则模拟，坝体横缝采用接触单元模拟。