Structural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsStructural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsСтроительная механика инженерных конструкций и сооружений1815-52352587-8700Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)2929010.22363/1815-5235-2021-17-3-248-260Analysis and design of building structuresРасчет и проектирование строительных конструкцийResearch ArticleInnovation structures of very lean roller compacted concrete damsИнновационные конструкции плотин из особо тощего укатанного бетонаhttps://orcid.org/0000-0003-3750-3165LyapichevYury P.ЛяпичевЮрий Петрович

expert for foreign projects, member of the ICOLD, Doctor of Technical Sciences, Professor

эксперт по зарубежным проектам, член Комитета СИГБ по компьютерным аспектам расчета и проектирования плотин, доктор технических наук, профессор

lyapichev@mail.ruHydroproject Institute (Joint Stock Company)АО «Институт “Гидропроект”»International Commission on Large Dams (ICOLD)Международная комиссия по большим плотинам (ICOLD)24102021173VOL 17, NO3 (2021)ТОМ 17, №3 (2021)24826024102021Copyright ©; 2021, Lyapichev Y.P.Copyright ©; 2021, Ляпичев Ю.П.2021Lyapichev Y.P.Ляпичев Ю.П.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/29290

Over the past 20 years, rolled compacted concrete (RCC) dams have continued to be built in many countries because of their technical and economic advantages over conventional dams of vibrating concrete and embankment dams. The aim of this study is the development of new structural and technological solutions in RCC dams in order to reduce the consumption of cement and expand their use on non-rock foundations, which will allow them to successfully compete with concrete face rockfill dams. The numerical analyses of static and seismic stress-strain state (SST) of gravitational dams in roller compacted very lean concrete dams have been made, as well as their stability, strength and cost have been assessed. For rock and dense sandy-gravel foundations the most economical is the concrete face rockfill dam and symmetrical RCC dam of very lean concrete with bases (0.5-0.7) of both slopes and outer zones of conventional concrete and central zone of rockfill strengthened by cement-ash mortar. Taking into account that the cost of diversion and spillway tunnels for very lean RCC dam will be less and the construction period - shorter than for the concrete face rockfill dam, it can be concluded that variant of symmetrical RCC dam of very lean concrete is the technically and economically effective. Symmetrical RCC dams of very lean concrete with 1V/(0.5-0.7)H slopes have more seismic resistance and technical and economic efficiency as compared with conventional gravitational RCC dams and other types of dams. These dams up to 200 m high can be built on rock foundations and up to 100 m high - on dense sandy gravel foundations.

В последние 20 лет плотины из укатанного бетона (УБ) продолжают строить во многих странах ввиду их технико-экономических преимуществ по сравнению с обычными плотинами из вибрированного бетона и грунтовыми плотинами. Цель исследования - разработать новые конструктивно-технологические решения в плотинах из УБ с целью снижения расхода цемента и расширения их применения на нескальных основаниях, что позволит им успешно конкурировать с грунтовыми плотинами с экранами из железобетона. Выполнены численные расчеты статического и сейсмического напряженно-деформированного состояния гравитационных плотин из особо тощего укатанного бетона, а также оценка их устойчивости, прочности и стоимости. Наиболее экономичными для скального и плотного песчано-гравелистого оснований являются грунтовая плотина с экраном из железобетона и симметричная плотина с заложением откосов 0,5-0,7 с наружными зонами из особо тощего укатанного бетона и центральной зоной из камня, упрочненного цементно-зольным раствором. Учитывая, что стоимость отводящих и водосбросных туннелей при плотине из особо тощего укатанного бетона будет меньше, а срок строительства - короче, чем при грунтовой плотине с экраном из железобетона, можно сделать вывод о технико-экономической эффективности варианта плотины из особо тощего укатанного бетона. Плотины симметричного профиля из особо тощего укатанного бетона с заложением обоих откосов 0,5-0,7 обладают более высокой сейсмостойкостью и технико-экономической эффективностью по сравнению с обычными гравитационными плотинами из УБ и другими видами плотин. Плотины данного типа высотой до 200 м можно строить на скальных основаниях, а высотой до 100 м - на плотных песчано-гравелистых основаниях.

very lean roller compacted concretedamsstrengthened by cement rockfillgeomembranestress-strain stateплотиныособо тощий укатанный бетонупрочненный цементом каменьгеомембрананапряженно-деформированное состояниесейсмостойкостLonde P. The faced symmetrical hardfill dam: a new concept for RCC. Intern. Water Power and Dam Construction. 1992:19-24.Londe P. The faced symmetrical hardfill dam: a new concept for RCC. Intern. Water Power and Dam Construction. 1992:19–24.Jinsheng J., Cuiying Z., Zhenkun D. Cemented material dams and their application. Hydropower and Dams. 2015; 22(6):64-67.Jinsheng J., Cuiying Z., Zhenkun D. Cemented material dams and their application. Hydropower and Dams. 2015; 22(6):64–67.Lyapichev Yu. Presas de concreto compactado con rodillo (CCR) y presas mixtas de CCR y escollera (Aspectos de Diseño y Construccion). Seminar sobre presas de CCR. Medellin, Colombia: Compania ISAGEN; 1998. p. 102.Lyapichev Yu.P. Design, construction and behavior of modern high dams. Part 1. Dams made of rolled concrete. Saarbrücken: Palmarium Academic Publish; 2013. (In Russ.)Ляпичев Ю.П. Проектирование, строительство и поведение современных высоких плотин. Часть 1. Плотины из укатанного бетона. 3-е изд. Саарбрюккен: Рalmarium Academic Publish, 2013.Kalpakci V., Bonab A.T., Ozkan M.Y. Experimental evaluation of geomembrane/geotextile interface as base isolating system. Geosynthetics Intern. 2018;25(1):1-11. https://doi.org/10.1680/jgein.17.00025Kalpakci V., Bonab A.T., Ozkan M.Y. Experimental evaluation of geomembrane/geotextile interface as base isolating system. Geosynthetics Intern. 2018;25(1):1–11. https://doi.org/10.1680/jgein.17.00025Yang P., Xue S.B., Song L., Zhu X.W. Numerical simulation of geomembrane wrinkle formation. Geotextiles and Geomembranes. 2017;45(6):697-701. https://doi.org/10.1016/j.geotexmem.2017.08.001Yang P., Xue S.B., Song L., Zhu X.W. Numerical simulation of geomembrane wrinkle formation. Geotextiles and Geomembranes. 2017;45(6):697–701. https://doi.org/10.1016/j.geotexmem.2017.08.001Giroud J. Leakage control by geomembranes. Soils and Rocks. 2016;3:213-235.Giroud J. Leakage control by geomembranes. Soils and Rocks. 2016;3:213–235.Moutafis N., Thanopoulos Y. Geomembrane faced hardfill dam. Hydro 2015. Bordeaux, France; 2015.ICOLD Bulletin 135. Geomembrane sealing systems for dams. 2010.Blinder S., Toniatti N. RCC and CFR Dams. Cost Comparision, Intern. Symposium on RCC Dams, Santander, Spain. 1995:71-83.Blinder S., Toniatti N. RCC and CFR Dams. Cost Comparision, Intern. Symposium on RCC Dams, Santander, Spain. 1995:71–83.Cervera M., Oliver J., Prato T. Simulation of construction of RCC dams. Part II: stress and damage. Journal of Structural Engineering. 2000;126(9):1062-1069. https://doi.org/10.1061/(asce) 0733-9445(2000)126:9(1062)Cervera M., Oliver J., Prato T. Simulation of construction of RCC dams. Part II: stress and damage. Journal of Structural Engineering. 2000;126(9):1062–1069. https://doi.org/10.1061/(asce) 0733-9445(2000)126:9(1062)Zhang X., Li S., Li Y., Ge Y., Li H. Effect of superficial insulation on RCC dams in cold regions. Advances in Engineering Software. 2011;42:939-943. https://doi.org/10.1016/j.advengsoft. 2011.06.004Zhang X., Li S., Li Y., Ge Y., Li H. Effect of superficial insulation on RCC dams in cold regions. Advances in Engineering Software. 2011;42:939–943. https://doi.org/10.1016/j.advengsoft. 2011.06.004Tamagava S. Toubetsu dam: example of innovative CSG technology. Hydropower and Dams. 2012;19(3):64-67.Tamagava S. Toubetsu dam: example of innovative CSG technology. Hydropower and Dams. 2012;19(3):64–67.Fujisawa T., Sasaki T. Development of the trapezoidal CSG dam. Hydropower and Dams. 2012;19(3):58-63.Fujisawa T., Sasaki T. Development of the trapezoidal CSG dam. Hydropower and Dams. 2012;19(3):58–63.Kuzmanovic V., Savic L., Mladenovic N. Computation of thermal-stresses and contraction joint distance of RCC Dams. Journal of Thermal Stresses. 2013;36(2):112-134. https://doi.org/10.1080/ 01495739.2013.764795Kuzmanovic V., Savic L., Mladenovic N. Computation of thermal-stresses and contraction joint distance of RCC Dams. Journal of Thermal Stresses. 2013;36(2):112–134. https://doi.org/10.1080/ 01495739.2013.764795Mohamed I. Investigating the possibility of constructing low cost RCC dam. Alexandria Engineering Journal. 2014;53(1):131-142. https://doi.org/10.1016/j.aej.2013.11.009Mohamed I. Investigating the possibility of constructing low cost RCC dam. Alexandria Engineering Journal. 2014;53(1):131–142. https://doi.org/10.1016/j.aej.2013.11.009Gu Q., Yu C., Lin P., Ling X., Tang L., Huang S. Performance assessment of a concrete gravity dam at Shenwo reservoir of China using deterministic and probabilistic methods. International Journal of Structural Stability & Dynamics. 2014;14(05):1440002. https://doi.org/10.1142/S0219455414400021Du C.B., Wu S.Y., Zhang S.R. Full-scale dynamic simulation and visualization for structure safety and schedule coupling of RCC gravity dams. 2017 International Conference on Smart Grid and Electrical Automation (ICSGEA). 2017;1:481-487. https://doi.org/10.1109/ICSGEA.2017.96Du C.B., Wu S.Y., Zhang S.R. Full-scale dynamic simulation and visualization for structure safety and schedule coupling of RCC gravity dams. 2017 International Conference on Smart Grid and Electrical Automation (ICSGEA). 2017;1:481–487. https://doi.org/10.1109/ICSGEA.2017.96Wanga L., Yang H.Q., Zhou S.H., Chen E., Tang S.W. Mechanical properties, long-term hydration heat, shinkage behavior and crack resistance of dam concrete designed with low heat Portland (LHP) cement and fly ash. Construction and Building Materials. 2018;187:1073-1091. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.08.056Wanga L., Yang H.Q., Zhou S.H., Chen E., Tang S.W. Mechanical properties, long-term hydration heat, shinkage behavior and crack resistance of dam concrete designed with low heat Portland (LHP) cement and fly ash. Construction and Building Materials. 2018;187:1073–1091. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.08.056Batmaz S. Cindere dam - 107 m high RCC dam (RCHD). Proceedings of IV International Symposium on RCC Dams, Madrid, Spain. 2003;1:121-126.Batmaz S. Cindere dam – 107 m high RCC dam (RCHD) // Proceeding of IV International Symposium on RCC Dams (Madrid, Spain). 2003. Vol. 1. Pp. 121–126.Bayagoob K., Bamaga S. Construction of roller compacted concrete dams in hot arid regions. Materials. 2019;12(19):3064. https://doi.org/10.3390/ma12193064ICOLD Bulletin 177. Roller compacted concrete dams. 2020.Aniskin N.A., Shajtanov A.M. Low-cement concrete dams: construction, structures and innovations. Vestnik MGSU. 2019;15(7):1018-1029. (In Russ.) https://doi.org/10.22227/1997-0935.2020.7.1018-1029Анискин Н.А., Шайтанов А.М. Строительство, конструкции и инновации плотин из малоцементного бетона // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. Вып. 7. С. 1018–1029. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2020.7.1018-1029Sainov M.P., Shigarov A.Yu., Yasafova S.A. Reinforcement impact on the stress-deformation state of concrete faced rockfill dam. Vestnik MGSU. 2019;14(3):347-355. (In Russ.) https://doi.org/10.22227/1997-0935.2019.3.347-355.Саинов М.П., Шигаров А.Ю., Ясафова С.А. Влияние армирования на напряженно-деформированное состояние железобетонного экрана каменно-набросной плотины // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. Вып. 3. С. 347–355. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2019.3.347-355Hu K., Chen J., Wang D. Shear stress analysis and crack prevention measures for a concrete face rockfill dam, advanced construction of a first-stage face slab, and a first-stage face slab in advanced reservoir water storage. Advances in Civil Engineering. 2018;2018:2951962. https://doi.org/10.1155/2018/2951962Sukkarak R., Pramthawee P., Jongpradist P., Kongkitkul W., Jamsawang P. Deformation analysis of high CFRD considering the scaling effects. Geomechanics and Engineering. 2018;14(3):211-224. https://doi.org/10.12989/gae.2018.14.3.211Sukkarak R., Pramthawee P., Jongpradist P., Kongkitkul W., Jamsawang P. Deformation analysis of high CFRD considering the scaling effects. Geomechanics and Engineering. 2018;14(3):211–224. https://doi.org/10.12989/gae.2018.14.3.211Glagovsky V.B., Radchenko V.G. New trends in the construction of ground dams. Gidrotekhnicheskoe Stroitel'stvo. 2013;(1):2-8. (In Russ.)Глаговский В.Б., Радченко В.Г. Новые тенденции в строительстве грунтовых плотин // Гидротехническое строительство. 2013. № 1. C. 2–8.SNiP. 33-03. Hydraulic structures in seismic regions. Moscow: State Building Committee of Russia; 2003. (In Russ.)СНиП-33-03. Гидротехнические сооружения в сейсмических районах. М.: Госстрой РФ, 2003.