Som ett inledande pilotprojekt utförde Vattenfall Research & Development,Carl Bro och Lunds Tekniska Högskola numerisk modellering av Storfinnforsens damm som byggdes 1949-1954. Dammen är en lammelkröndamm somdämmer ett vattenmagasin på 400 Mm3och dess vattennivå hålls nästan alltid i närheten av dämningsgränsen. Lamellerna består av monoliter, till antalet ca. 100. Omfattande sprickbildningar på monoliternas frontplatta och stödhar uppstått. En teori är att sprickorna har uppkommit p.g.a. av förhindradetermiska rörelser. För att undersöka detta utfördes numeriska beräkningar.Resultatet visade att de förhindrade termiska rörelserna kunde vara en avanledningarna bakom dammens uppsprickning. Med hjälp av beräkningarkunde visas var sprickorna initierades och i vilken riktning skulle de propagera. Men beräkningarna, som var baserade på en icke-linjär brottmekaniskmodell, kunde inte utföras fullt ut på grund av instabilitet i de numeriska beräkningarna. Därför initierades ett nytt projekt, d.v.s. det föreliggande projektet, i vilket Kungliga Tekniska Högskolan, Vattenfall Research & Development,Vattenfall Power Consultant och Carl Bro ingick som deltagare.I det föreliggande projektet, som i fortsättningen omnämns projekt eller projektet, har en del av de stabilitetsproblemen lösts. Vidare har projektet tillförts andra typer av beräkningsmodeller som har verifierats med resultatet avmätningar gällande temperatur och sprickrörelser orsakade av temperaturför-ändringar. Projektarbetet har även inkluderat en översiktlig studie av förekommande typer av dammar, de beräknings- och belastningsmodeller somanvänds vid statiska analyser av dammkonstruktioner samt tillämpning avicke-linjär brottmekanik på dammkonstruktioner.Vad gäller beräkningsmodeller konstateras att det finns både fysikaliska ochstatistiska modeller. De fysikaliska modellerna används för att uppskatta fysikaliska uppförande hos dammen och dess omgivning. Fysikaliska modellerbaseras på kunskap, erfarenhet, experiment och mätning. Statistiska modelleranvänds när de fysikaliska modellerna inte är tillräckligt kända. Genom ettstort antal observationer under lång tid kan beräkningsvariablernas slumpvisavariation göras mer känd. Vilka och hur komplexa modeller man använder förberäkning av betongdammar växlar från fall till fall. Vid enkla, överslagsmässiga beräkningar av okomplicerade konstruktioner eller okomplicerade angrepp av laster eller miljö används enkla modeller som t.ex. de handberäkningsmetoder som anvisas i RIDAS (2006). Finita Element Metoder (FEM) används oftast för mer realistiska balansekvationer, konstitutiva relationer,geometrier och randvillkor.Vad gäller internationellt arbete konstateras att ICOLDs utskott för ”Computational Aspects of Analysis and Design of Dams” har under sin verksamhetstidutarbetat flera bulletiner och ordnat en referensworkshop, så kallad Benchmark Workshop, för studie och verifiering av olika beräkningsmodeller ochdatorprogram som används vid analys av dammkonstruktioner. Resultaten ärsammanställda i olika bulletiner och rapporter. Vad det gäller numeriska analysmetoder tillämpade på dammkonstruktioner är bulletinernas och rapporternas innehåll omfattande och berör många olika aspekter. Utskottet behandlarfrågor rörande betong-, jord- och fyllnadsdammar; olika typer av dammar;olika delar av dammar; olika belastningar och belastningsstadier; mm.

Utöver ICOLD finns Thematic Network on the Integrity Assessment of Largeconcrete Dams (NW-IALAD). NW-IALAD är ett program till stöd för en konkurrenskraftig och hållbar tillväxt/utveckling. Nätverket bildades med stöd frånEUGenomgången av de tillgängliga tillämpningarna visar att de icke-linjära modellerna kan användas för att beskriva sprickors initiering och tillväxt.Genomgången visar att de numeriska stabilitetsproblem som är ofta förekommande vid icke-linjära tillämpningar övervinns i de flesta fall.Som fortsättning på det tidigare arbetet utfördes under detta projekt beräkningar med finita elementmetoden, baserat på icke-linjära materialparametrar. En lamelldamm av betong har modellerats, vilket även var fallet i det tidigare arbetet som visade temperaturfördelningar och spänningar framräknade med en linjärelastisk materialmodell. Resultaten demonstrerade hur temperaturfördelningar över året påverkar dammen samt hur olika antagandenom graden av inspänning i berggrunden inverkar. I det tidigare arbetet redovisades också en första ansats till beräkningar med en ickelinjär materialmodell. Syftet med detta projekt är att fullt ut kunna beskriva uppsprickning avbetongdammen. För att möjliggöra detta har en tvådimensionell modell använts och lasterna har tillåtits avvika från de temperaturer i vatten, luft ochberg som tidigare antagits. För att framkalla spricktillväxt har till viss utsträckning icke realistiska lastfall använts.De redovisade beräkningsexemplen visar att en tvådimensionell finit elementmodell är fullt tillräcklig för att beskriva dammens beteende. Den typ avsprickor som har observerats på verkliga liknande dammkonstruktioner harkunnat efterliknas. Även propagering av sprickor i betong som beskrivits meden ickelinjär materialmodell har kunnat hanteras, för fall där belastningenutgörs av temperatur eller tvångsförskjutning.I ett uppföljande projekt kommer dammens beteende att studeras utifrånrealistiska temperaturförhållanden, randvillkor, lastfall och materialegenskaper. Arbetet kommer särskilt att fokuseras på hur olika laster samverkar ochvid vilken årstid risken för skada därigenom blir störst. Temperaturfördelningen i betongen ska detaljstuderas och de framräknade temperaturgradienternabör verifieras mot uppmätningar i fält.Som nämndes ovan har projektet haft tillgång till mätningar gällande temperatur och sprickrörelser orsakade av temperaturförändringar. Mätningarnavisar stora deformationer i sprickzonerna. En del av denna rörelse beror troligen på temperaturändringar.Temperaturfältet och sprickornas rörelser har analyserats genom beräkningar.Vad gäller temperaturberäkningar har god överensstämmelse mellan beräkning och mätning konstaterats. Beträffande sprickrörelser har konstaterats attresultatet är mycket beroende av de materialparametrar som används. Eventuellt går modellen att kalibrera så bra att det går att bättre förutse responsen på last.

This project is a continuation of a preliminary project initiated by VattenfallResearch & Development, Carl Bro AB and Lund Institute of Technology. Thepreliminary project dealt with the numerical modelling of the crack development in Storfinnforsens dam which was built between 1949 and 1954. Thedam is a buttress dam with a reservoir capacity of 400 Mm3. The whole damis about 1,200 metres long and the concrete part is about 800 metres. Theconcrete part of the dam includes approximately 200 m intakes and spillways.The concrete was hand-rammed only and not vibrated. The buttress damconsists of 66 buttress dam monoliths, excluding intakes, spillways and rightside concrete support wall dam. The highest monolith is about 40 m high. Amonolith consists of an 8 metres wide front plate with a downstream supporting block, a buttress, and here also called dam pillar. The front plates areabout 2.5 m thick near the bedrock and 1.2 m thick at the top of the dam.The dam pillars are 2 m thick and are as widest about 34 m near the bedrock.The word dam henceforth refers to the buttress dam.Extensive cracks have been developed on the dam structure. The cracks areobserved both on the front plate and on the monoliths. The reasons for thecrack development have been discussed in several reports. Nevertheless onetheory is that one of the major reasons for the crack development could beconfined seasonal thermal movement. The numerical analysis based on thenon-linear fracture mechanic performed in the preliminary project showedthat most of the cracks could be initiated and propagated as a result of theconfined seasonal thermal movement. However the analysis could not be accomplished because of numerical instabilities. Therefore the present projectwas initiated in order to overcome the numerical problems. The Royal Institute of Technology, Vattenfall Research & Development, Vattenfall Power Consultants and Carl Bro are the participants of the project.In the present project some of the numerical problems have been solved. Furthermore, the project includes a review of the different design models for damconstructions, literature review regarding application of non-linear fracturemechanics to dam structures, and measurement of the displacements andcrack movements.