1 概论 1
1.1 高拱坝设计理论与工程实践现状 1
1.1.1 拱坝建造历程 1
1.1.2 拱坝设计理论的发展与现状 3
1.2 小湾特高拱坝的设计与建造 6
1.2.1 枢纽总布置 6
1.2.2 工程建设及运行 7
1.2.3 拱坝设计 7
1.2.4 拱座处理 9
1.2.5 拱坝混凝土特性与温控措施 9
1.2.6 复杂高边坡整治 10
1.2.7 高水头大流量泄洪消能 11
1.2.8 超大型地下洞室群 11
1.2.9 高水头大容量水轮发电机组 12
1.2.10 高水头大型金属结构 12
1.2.11 导截流工程 13
1.2.12 监测与检测体系 13
1.2.13 临建设施 13
1.3 结语 14
参考文献 14
2 坝基岩体工程特性 15
2.1 研究坝基岩体工程特性的意义 15
2.2 工程地质勘探与岩土试验 16
2.2.1 工程地质勘察的任务及原则 16
2.2.2 工程地质测绘 18
2.2.3 勘探技术 18
2.2.4 岩土测试技术及在小湾工程中的应用 32
2.2.5 工程地质勘探及试验技术的改进与发展 44
2.3 小湾工程地质环境 47
2.3.1 区域构造背景 47
2.3.2 岩体赋存环境 49
2.4 天然状况下小湾岩体质量及评价 58
2.4.1 岩体基本要素 58
2.4.2 岩体的后期改造作用 62
2.4.3 岩体结构特征 68
2.4.4 岩体强度 69
2.4.5 坝基岩体质量分级及强度参数 69
2.5 工程作用下小湾坝基岩体特性 71
2.5.1 随开挖卸载岩体质量的演化 71
2.5.2 岩体质量随大坝初期浇筑及灌浆的演化 98
2.5.3 随大坝继续浇筑及水库蓄水岩体质量的演化 104
2.5.4 岩体质量长期演化预测 106
2.5.5 坝基岩体质量演化规律 109
2.6 岩体质量动态评价体系 110
2.6.1 表征岩体质量变化程度的指标 110
2.6.2 岩体质量动态分级 111
2.6.3 岩体松弛程度预测方法探讨 118
2.7 小湾坝基及拱座岩体结构与稳定 121
2.7.1 影响抗滑稳定的因素 121
2.7.2 影响变形稳定的因素 129
2.7.3 影响渗透稳定的因素 136
2.8 有关问题讨论 142
2.8.1 工程地质勘察方法与技术 142
2.8.2 岩体质量时空特性及演化规律 143
2.8.3 岩体质量评价体系 143
2.8.4 松弛岩体特性与处理 144
参考文献 144
3 拱坝混凝土特性 145
3.1 混凝土的发展及实践 145
3.1.1 混凝土的发展 145
3.1.2 拱坝混凝土特性 146
3.2 混凝土原材料性能 148
3.2.1 水泥 148
3.2.2 掺合料 156
3.2.3 骨料 160
3.2.4 外加剂 163
3.3 混凝土配合比及性能 166
3.3.1 常规试件混凝土 167
3.3.2 全级配混凝土 170
3.4 混凝土长龄期绝热温升 183
3.5 氧化镁对混凝土长期安定性影响 185
3.6 拱坝混凝土性能时空特性 191
3.7 有关问题讨论 192
参考文献 193
4 拱坝结构分析理论与方法 194
4.1 结构分析方法类别 194
4.1.1 物理模型试验方法 194
4.1.2 数学模拟分析方法 195
4.1.3 安全监测分析方法 197
4.2 结构力学方法——拱梁分载法 197
4.2.1 拱梁变位协调条件的选择 198
4.2.2 荷载 199
4.2.3 拱梁杆件分析 201
4.2.4 拱梁整体分析 203
4.2.5 应力控制指标 205
4.2.6 小湾拱坝应力计算 206
4.3 有限单元法——静力分析 210
4.3.1 基本方程 210
4.3.2 非线性问题 211
4.3.3 混凝土与岩体的本构模型 218
4.3.4 成果整理与应用 220
4.3.5 小湾拱坝应力计算 222
4.4 有限单元法——动力分析 226
4.4.1 基本方程 226
4.4.2 自振频率及振型 227
4.4.3 振型叠加法 227
4.4.4 时程分析法 230
4.4.5 库水与坝体的耦合 233
4.4.6 地震动输入机制研究 233
4.4.7 应力控制标准 234
4.4.8 小湾拱坝动应力分析 236
4.5 有限单元法——温度分析 242
4.5.1 热传导方程及定解条件 242
4.5.2 初始条件和边界条件的近似处理 244
4.5.3 混凝土的热性能 245
4.5.4 日照影响 246
4.5.5 温度场的有限单元计算 246
4.5.6 温度应力的有限单元计算 251
4.5.7 小湾拱坝温度计算 252
4.6 有限单元法——渗流分析 254
4.6.1 基本原理与分析方法 254
4.6.2 无压渗流自由面求解 257
4.6.3 等效渗透张量 258
4.6.4 裂隙岩体渗流／应力应变耦合模型 260
4.6.5 防渗帷幕与排水孔幕模拟 263
4.6.6 渗流量计算 263
4.6.7 渗透力计算 264
4.7 有限单元法——反演分析 265
4.7.1 初始地应力反分析 266
4.7.2 物理力学参数反分析 267
4.7.3 反分析的回归分析方法 267
4.7.4 反分析的人工神经网络方法 269
4.7.5 小湾坝基岩体初始应力场反演 274
4.7.6 小湾坝基裂隙岩体等效渗透张量反演 277
4.8 有限单元法——不同网格间的数据传递 280
4.9 复合单元法 282
4.9.1 应力应变问题 282
4.9.2 渗流问题 283
4.9.3 温度问题 284
4.9.4 小湾拱坝温度计算 286
4.10 物理模型模拟方法 289
4.10.1 模型试验的目的和意义 289
4.10.2 模型试验的发展历程 289
4.10.3 模型试验的原理和方法 291
4.10.4 模型试验材料 299
4.10.5 模型试验加载系统 301
4.10.6 模型试验量测系统 303
4.10.7 小湾拱坝地质模型试验 303
4.10.8 小湾拱坝振动台动力模型试验 306
4.10.9 小湾拱坝渗流模型试验 307
4.11 安全监测分析方法 311
4.11.1 监测统计模型 311
4.11.2 监测确定性模型 315
4.11.3 监测混合模型 317
4.11.4 小湾拱坝监测资料分析与模型 318
参考文献 320
5 拱坝体形设计与综合优化 322
5.1 体形设计与优化 322
5.1.1 体形分类 322
5.1.2 影响体形设计的主要因素 322
5.1.3 体形设计方法 324
5.1.4 体形设计经验性评估 328
5.2 小湾拱坝体形设计与综合优化 330
5.2.1 坝段选择 330
5.2.2 坝址选择 331
5.2.3 坝型选择 331
5.2.4 坝线及枢纽总布置方案选择 332
5.2.5 坝轴线及拱端嵌入深度选择 333
5.2.6 体形综合优化 338
5.2.7 拱坝体形的最终确定 351
5.2.8 拱坝体形优化评价与认识 359
参考文献 360
6 坝基及拱座稳定与工程处理 361
6.1 建基面选择及坝基处理 361
6.1.1 建基面选择 361
6.1.2 建基面开挖支护及保护 363
6.1.3 坝基岩体开挖松弛分析评价及工程处理 364
6.1.4 坝基工程处理措施 375
6.1.5 小湾建基面选择及坝基处理 378
6.2 拱座稳定分析及工程处理 392
6.2.1 拱座稳定分析方法 392
6.2.2 小湾拱座稳定分析及工程处理 401
6.3 坝基及拱座渗控系统 435
6.3.1 常规渗控系统 435
6.3.2 小湾坝基及拱座渗控系统 438
6.4 有关问题讨论 449
参考文献 451
7 拱坝温度控制 453
7.1 拱坝温控技术的发展与现状 453
7.1.1 温控技术的发展 453
7.1.2 温控技术 454
7.2 气温和库水温度 456
7.2.1 气温 456
7.2.2 库水温度 456
7.2.3 小湾气温资料及水库水温 461
7.3 稳定温度场 463
7.3.1 小湾温度场边界条件 463
7.3.2 小湾坝体稳定温度场 464
7.4 混凝土浇筑温度 464
7.4.1 混凝土的出机口温度 464
7.4.2 混凝土入仓温度 465
7.4.3 混凝土浇筑温度 465
7.4.4 小湾拱坝浇筑温度 466
7.5 施工期不稳定温度场和温度应力 467
7.5.1 基础混凝土温度场 467
7.5.2 水管冷却温度场 467
7.5.3 基础混凝土温度应力 470
7.5.4 施工期温度分析 471
7.5.5 施工期温度及应力控制标准 471
7.5.6 小湾拱坝施工期温度场及温度应力 474
7.6 表面保温 482
7.6.1 表层混凝土温度 482
7.6.2 表层温度应力 482
7.6.3 表层温度应力的估算 482
7.6.4 表面保温效果估算 483
7.6.5 小湾拱坝表面保温 483
7.7 温度控制措施 485
7.7.1 分缝分块 485
7.7.2 混凝土原材料及配合比 485
7.7.3 混凝土浇筑温度 485
7.7.4 水管冷却 485
7.7.5 表面保温 485
7.7.6 小湾拱坝温控措施 486
7.8 有关问题讨论 492
参考文献 493
8 拱坝细部结构设计 494
8.1 坝体混凝土强度分区 494
8.2 坝踵结构诱导缝 494
8.2.1 诱导缝应力分析 495
8.2.2 诱导缝细部设计 503
8.2.3 诱导缝监测设计 504
8.2.4 坝踵辅助防渗系统 504
8.3 坝身泄洪孔口设计 505
8.3.1 小湾泄洪消能特点及泄洪建筑物布置 506
8.3.2 坝身泄洪中孔结构设计 513
8.3.3 放空底孔结构设计 524
8.3.4 关于闸墩锚固方式 527
8.3.5 泄洪表孔结构设计 528
8.3.6 坝身泄洪实际效果 528
8.4 坝身导流孔口 536
8.4.1 导流底、中孔布置 536
8.4.2 导流底、中孔口结构设计 537
8.4.3 导流底、中孔预应力闸墩设计 537
8.4.4 导流中底孔封堵设计 539
8.5 坝体结构设计 543
8.5.1 坝体横缝 543
8.5.2 坝内廊道及交通布置 546
参考文献 547
9 拱坝安全监测系统与监控体系 548
9.1 监测技术发展及在拱坝中的应用 548
9.1.1 监测技术的发展 548
9.1.2 监测技术在拱坝中的应用与发展 549
9.2 监测原理与方法 551
9.2.1 监测原理 551
9.2.2 监测目的 551
9.2.3 监测方法 552
9.3 监测系统构建 554
9.3.1 监测设计 554
9.3.2 监测仪器采购与安装埋设 558
9.3.3 监测数据采集 559
9.3.4 监测成果分析 561
9.4 安全监控体系建立 565
9.4.1 动态监测体系建立 565
9.4.2 监控机制及体系 567
9.4.3 监控预警 572
9.5 小湾拱坝监测系统及监控体系 574
9.5.1 监测设计 574
9.5.2 监测系统实施与管理 593
9.5.3 监测自动化系统 594
9.5.4 监测成果分析 595
9.5.5 监测系统及监测成果总体评价 636
9.5.6 监控体系 638
9.5.7 监测技术创新 644
9.6 发展与展望 646
9.6.1 监测仪器设备 646
9.6.2 监控体系 646
9.6.3 监测资料分析方法 646
9.6.4 辅助决策专家系统 647
9.6.5 基于物联网预警云服务技术 647
9.6.6 可视化大数据的安全监测信息管理及预警系统 647
参考文献 647
10 高拱坝时空特性 649
10.1 研究高拱坝时空特性的意义与方法 649
10.1.1 意义与目的 649
10.1.2 分析方法 651
10.2 温度场时空特性 653
10.2.1 技术路线与计算模型 653
10.2.2 关键热学力学参数反演 660
10.2.3 仿真分析及调控 663
10.2.4 温度场时空特性 669
10.3 渗流场时空特性 679
10.3.1 技术路线与计算模型 679
10.3.2 渗流场时空特性 685
10.4 应力应变场时空特性 695
10.4.1 技术路线及关键问题 695
10.4.2 计算模型及条件 696
10.4.3 关键力学参数反演 697
10.4.4 坝基岩体变形时空效应 706
10.4.5 坝体变形时空分布规律 714
10.4.6 坝体应力时空分布规律 731
10.4.7 拱座应力时空分布规律 749
10.4.8 坝身孔口应力 752
10.5 坝体混凝土温度裂缝 757
10.5.1 裂缝产生及发展时段 759
10.5.2 控制裂缝时段 768
10.5.3 裂缝受控时段 770
10.5.4 裂缝影响及稳定性评价 771
10.5.5 相关认识 780
10.6 坝体横缝灌浆 781
10.6.1 横缝灌浆设计 781
10.6.2 高程1161m以下接缝灌浆 782
10.6.3 高程1161m以上接缝灌浆 782
10.7 有关问题讨论 794
10.7.1 拱坝变形规律与监测成果 794
10.7.2 特高拱坝体形设计与应力控制标准 794
10.7.3 特高拱坝坝踵开裂风险防范 794
10.7.4 拱座稳定与地质缺陷处理 795
10.7.5 拱坝温度场及温度应力 795
10.7.6 拱坝温控措施 795
10.7.7 坝身孔口与工程措施 796
10.7.8 坝基防渗帷幕 796
10.7.9 监测与数值仿真 796