Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Progressive failure analyses of concrete buttress dams: Influence of crack propagation on the structural dam safety
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Concrete Structures.
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Concrete Structures.
2015 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Analys av brottförlopp hos betonglamelldammar : Inverkan av sprickpropagering på dammsäkerheten (Swedish)
Abstract [en]

Concrete buttress dams are the most common type of concrete dams for hydropower production in Sweden. Cracks have been observed in some of the them. However, only limited research has been made concerning the influence of these cracks on the structural dam safety. In conventional analytical stability calculations, a concrete dam is assumed to be a rigid body when its safety is verified. However, when cracks have been identified in a dam structure, the stability may be influenced and hence the information of cracks may need to be included in the stability calculations.

The main aim of this project is to study how existing cracks and further propagation of these cracks, influence the structural dam safety. Another important topic was to study suitable methods to analyse a concrete dam to failure. In addition, a case study is performed in order to capture the real failure mode of a concrete buttress dam.

The case study that has been studied is based on a previous project presented by Malm and Ansell (2011), where existing cracks were identified in a 40m high monolith, as a result from seasonal temperature variations. Two similar models are analysed where one model is defined with an irregular rock-concrete interface, and the other with a horizontal interface.

Analyses have been performed on both an uncracked concrete dam but also for the case where information regarding existing cracks, from the previous project, have been included in order to evaluate the influence of cracks on the dam safety. The finite element method has been used as the main analysis tool, through the use of the commercially available software package Abaqus. The finite element models included nonlinear material behaviour and a loading approach for successively increasing forces called overloading, when performing progressive failure analyses.

The results show that existing cracks and propagation of these resulted, in this case, in an increased structural safety of the studied dam. Furthermore, an internal failure mode is captured. The irregular rock-concrete interface has a favourable effect on a sliding failure and an unfavourable effect on an overturning failure, compared to the case with the horizontal interface.

Based on the results, the structural safety and the failure mode of concrete buttress dams are influenced by existing cracks. Although an increased safety is obtained in this study, the results do not necessarily apply for other monoliths of similar type. It is thus important that existing cracks are considered in stability analyses of concrete buttress dams.

Abstract [sv]

Lamelldammar är den vanligaste typen av betongdammar för vattenkraft produktion i Sverige. I vissa av dessa har sprickbildning observerats. Begränsad forskning har gjorts på hur dessa sprickor påverkar dammens säkerhet. I de vedertagna analytiska stabilitetsberäkningarna antas att betongdammar agerar som en stel kropp när man verifierar dess säkerhet. Befintliga sprickor i en damm kropp kan dock påverka dess stabilitet och kan därför behöva beaktas i stabilitetsberäkningarna.

Huvudsyftet med detta projekt är att studera hur befintliga sprickor och dess propageringen påverkar dammsäkerheten. Ett annat viktigt syfte är att studera lämpliga metoder för att analysera en betongdamm till brott. Dessutom, genomförs en fallstudie i syfte att analysera ett verkligt brottförlopp av en lamelldamm.

Fallstudien som utförs i detta projekt, baseras på ett tidigare projekt utfört av Malm and Ansell (2011), där befintliga sprickor identifierades i en monolit på 40m som ett resultat av temperaturvariationer. Två modeller med snarlik geometri har analyserats, där den ena är definierad med en med oregelbunden kontaktyta mellan berg och betong och den andra med en horisontell kontaktyta.

Analyserna har utförts på dels en osprucken damm men även där information om befintliga sprickor från det tidigare projektet beaktas, i syfte att jämföra inverkan av sprickor på dammsäkerheten. Finita element metoden har använts som verktyg vid dessa analyser, genom det kommersiellt använda programmet Abaqus. De finita element modellerna inkluderar icke-linjära material egenskaper hos betong och armering samt baseras på en metod för successiv belastning, som kallas 'overloading', vid analys av brottförloppet.

Resultatet visar att befintliga sprickor och propageringen av dessa i detta fall kan leda till ökad säkerhet hos den studerade dammen jämfört mot fallet utan beaktande av sprickbildning. Utöver detta fångas även ett inre brottmod. Den oregelbundna kontaktytan mellan betongen och berget har en gynnsam effekt vid ett glidbrott men en ogynnsam inverkan vid ett stjälpningsbrott, i jämförelse med fallet med en horisontell kontaktyta.

Baserat på dessa resultat så påverkas dammens säkerhet och brottetförloppet hos lamelldammen utav befintliga sprickor. Även om en ökad säkerhet fås i denna studie är det inte säkert att detta stämmer för andra monoliter av samma slag. Dock är det viktigt att hänsyn tas till befintliga sprickor i stabilitets analyser av lamelldammar.

Place, publisher, year, edition, pages
2015. , 92 p.
Series
TRITA-BKN-Examensarbete, ISSN 1103-4297 ; 457
Keyword [en]
concrete buttress dams, cracked concrete, failure modes, safety factor, finite element analysis, nonlinear material properties
Keyword [sv]
betong, lamelldammar, uppsprucken betong, brottmoder, säkerhetsfaktor, finita element analyser, icke-linjära material modeller
National Category
Civil Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-169707ISRN: KTH/BKN/EX-457-SEOAI: oai:DiVA.org:kth-169707DiVA: diva2:824952
Subject / course
Concrete Structures
Educational program
School of Architecture and the Built Environment (ABE) - Master of Science in Engineering
Presentation
2015-06-03, 10:40 (English)
Supervisors
Examiners
Available from: 2015-06-26 Created: 2015-06-22 Last updated: 2015-06-26Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(7838 kB)768 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 7838 kBChecksum SHA-512
8efb1bebe497c5cc5993ad70c83488c61fd38cbe3025c5d377d93339017e1e8675c0314775d384cf8cc1d8af2b47ca6ee5b6bef69f42f377e3bb3ad9022456eb
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Concrete Structures
Civil Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 768 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 1777 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf