水工混凝土結構與材料學科發(fā)展

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一、引言 　　水工混凝土結構與材料是一個綜合性學科, 研究對象是水利水電工程中的建筑物, 分為水工結構和水工材料兩個領域。受篇幅限制, 本專題報告重點評述有關高混凝土壩的形式、變形、強度、穩(wěn)定分析和安全評價, 以及水工材料的學科發(fā)展?；炷翂我?guī)模大, 施工周期長, 受自然和施工條件與過程的制約, 結構和基礎內部存在著許多現有科技手段尚不能察明的不確定因素, 設計和施工在相當大的程度上仍需大量借鑒經驗類知識, 每一個大型水工建筑物的設計和施工都會遇到新的挑戰(zhàn), 這是水工結構學科發(fā)展的特點。同時, 水工結構是一門強交叉性學科?？梢哉f, 沒有現代計算機、網絡、先進的勘測、試驗和監(jiān)測技術手段的發(fā)展, 就沒有學科今天的發(fā)展。

　　自世紀年代以后, 我國筑壩水平有突飛猛進的提高, 很多水工建筑物的規(guī)模已躍居世界第一位, 一些被世界壩工權威、專家定為“ 難以克服”的技術難題也已被相繼征服, 我國已成為世界壩工建設的中心。隨著西部大開發(fā)的發(fā)展, 許多世界級高難度的大型和超大型水利樞紐工程已開始或著手興建, 為學科提出了一系列迫切需要解決的問題。中華人民共和國成立50多年來, 已建的水工建筑物正經歷著老化過程, 部分工程已處于病險期。水工結構與材料學科面臨著嶄新的機遇和嚴峻的挑戰(zhàn)。

　　二、國內外發(fā)展現狀和主要成果

　　一國外混凝土壩研究主要進展:由于綜合國力和整體科技水平上的差距, 從國際上看, 歐美、日本各國的水利水電開發(fā)程度在世紀已經達到很高的水平, 在高壩設計與施工方面曾取得很大的進展。當前, 在發(fā)達國家, 高壩大庫的興建已不多見, 混凝土壩已不再是他們的重點研究方向。然而, 拱壩、重力壩、碾壓混凝土壩這幾種高混凝土壩常用壩型, 以及膠凝礫石壩都是我國從國外引進的。涉及固體力學、混凝土力學、巖石力學、土力學的動靜力本構關系和數值計算方法的原創(chuàng)性成果大多源于歐美國家。美國、瑞士和日本等國家近年來開展了對大壩抗震安全評價的研究。目前, 發(fā)展中國家的壩工建設正方興未艾, 這些國家所取得的成就和經驗教訓值得我國重視, 國際上已提出了碾壓混凝土壩可以建到任何高度的設想, 巴基斯坦待建的Basha壩向300m級特高碾壓混凝土壩提出的挑戰(zhàn)也值得我國關注。

　　三、近年來國內研究主要成果述評

　　高拱壩技術:二灘水電站的攔河大壩為拋物線形雙曲拱壩, 壩高240m壩底厚度55.74m, 是目前我國已建成的最高拱壩, 世界第三高雙曲拱壩, 在建的和待建的特高拱壩有世界第一高的錦屏一級303m、小灣292m、拉西瓦250m、溪洛渡273、白鶴灘275、虎跳峽278m等雙曲拱壩。我國在高拱壩的建設方面已步人世界前列。

　　在應用基礎理論研究方面, 大體積的全級配大壩混凝土強度試驗, 取得了一些成果,但因成本過高, 設備條件有限, 試件個數少, 材料不均勻性大, 成果離散性大, 因而尚難建立新的實用本構關系。近期全級配大壩混凝土動力性能預靜載動態(tài)試驗取得了新的成果, 三維動態(tài)細觀力學、混凝土CT試驗等都有所進展, 促進了人們對混凝土中裂紋開展機理的認識過程?；炷恋臄嗔蚜W和損傷力學模型及各種組合模型、虛擬裂縫模型、鈍裂縫帶模型等已能應用到水工結構分析。其他還有新的混凝土非局部化模型及隨機格構模型, 都有引進和改進應用。但由于模型復雜, 材料參數與常規(guī)試驗不直接配套, 自身試驗基礎相對薄弱, 用于復雜的水工結構尚未被工程界普遍接受。