高混凝土面板坝接缝止水结构数值模拟分析及位移变形试验研究

发布时间：2020-05-22 11:14

【摘要】：混凝土面板堆石坝是以堆石为支撑主体并将设置在上游迎水面的混凝土面板通过周边缝与趾板连接形成防渗结构的一种坝型,由于该坝型具有安全可靠、经济节省和适应性良好的特点,在高地震烈度区、深厚覆盖层、软岩地基和高陡边坡等复杂严酷条件下的坝型方案比对过程中,混凝土面板坝往往脱颖而出成为优选坝型。我国自20世纪80年代引进现代碾压施工技术修建第一座混凝土面板堆石坝工程,至今已有30多年的历史,筑坝技术、设计理论虽然起步较晚,但是发展迅速,成果斐然。目前,我国混凝土面板堆石坝的技术难度、工程规模、最大坝高等均位于世界前列,200m级高面板坝建设技术和施工设备已趋成熟,正朝着300m级特高面板坝发起挑战。对于混凝土面板堆石坝而言,面板是大坝挡水防渗的首道屏障,其中面板接缝的止水结构是大坝挡水防渗的关键设施,保证接缝止水结构的安全可靠,是混凝土面板堆石坝的重要研究内容。考虑高混凝土面坝堆石坝的接缝位移大变形的特点和高水头的荷载作用,对高混凝土面板坝止水结构性能进行研究,并积极探索高效可靠的新型止水结构型式,本文主要研究内容及所得结论如下:(1)介绍了混凝土面板堆石坝的发展历程和国内外研究现状。简要阐述了接缝止水技术的研究进展,接缝止水材料的研发应用,以及动态稳定止水新理念的内涵,在分析国内外具体工程案例和科学研究的基础上,考虑高混凝土面坝堆石坝的接缝位移大变形的特点和高水头的压力荷载,积极探索高效可靠的新型止水结构型式;(2)针对以往开展的波形止水带及支撑橡胶棒的承载能力均局限于试验研究的现状,采用有限元数值模拟的方法,利用ABAQUS软件对波形橡胶止水带进行数值模拟分析。计算不同工况条件下止水带承受接缝三向位移变形的能力和极限水压承载能力,对于直线段波形橡胶止水带,当支撑橡胶棒直径为100mm时,在工况I和工况II下都能承受不小于2.5MPa水压;对于拐角段波形橡胶止水带,为了保证支撑橡胶棒不掉进接缝,其直径临界值为140mm,在工况I和工况II下都能承受不小于2.5MPa水压,并根据面积等效原则,建议采取三根100mm直径橡胶棒绑扎在一起的构造型式;(3)针对传统锚固型止水盖板施工质量难以保证、现场安装固定工艺复杂、严寒地区受冰冻拉拔破坏显著的缺陷,提出一种利用胶粘剂粘接于混凝土表面的新型止水盖板结构,开展室内模型试验。结果表明,改性环氧涂料与新型盖板的粘结性能高于YEC环氧涂料11.8%~38.6%,高于SK聚脲涂料34.8%~53.4%,剪切位移是新型盖板承受接缝三向位移变形的控制工况;选用改性环氧涂料为胶粘剂且设置接缝剪切位移50mm、沉降位移100mm、张开位移50mm的工况条件,虽有盖板凸起与胶体粘结面松动和撕开,盖板边缘处有轻微变形的现象,但是对盖板止水效果没有影响,整体新型盖板止水结构没有破坏。
【图文】：

止水带

聚氯乙烯（PVC）塑料具有高弹性、压缩变形性的特点，传统 PVC 止水带断面型式如图1-2 所示，中部呈圆孔状，两端呈鱼尾状，从中间圆孔至两端边缘均匀布置小突肋，然而该型式在混凝土浇筑施工时，止水带下部混凝土因不易振捣密实而存有空隙，当混凝土接缝因坝体变形而产生三向位移时，中间圆孔的变形造成止水带与混凝土的脱离，撕扯拉力从中间圆孔传至两侧突肋乃至鱼尾状边缘端，造成接缝漏水。图 1-2 传统 PVC 止水带Fig 1-2 Traditional PVC water-stop belt黄河勘测规划设计研究院有限公司董昊雯等提出一种新型止水带——“π”型 PVC 止水带，如图 1-3 所示，横截面以中间半圆孔成左右对称状，由平面底板、两端翼板、中1234 56789⑩⑩8

止水带

图 1-3 “π”型 PVC 止水带Fig 1-3 Type of“π”PVC water-stop belt的主要原料为天然橡胶与各种合成橡胶，掺加不同性能的助工序制作成型，规格多样。橡胶止水带具有自粘性，可直接钢压条和膨胀螺栓锚固定位，橡胶固有的高弹性能在压力荷效发挥嵌填密封、防止渗漏的作用。橡胶止水带是分段加工用硫化连接，最大能承受-45-60℃的工作温度范围。者通过一系列模型试验研究，建立了金属类、橡胶类和塑料下的破坏准则，设计中基于试验结论考虑了徐变作用，基于度 t 的公式：1 1 1 12 4 0 2 3 4 0max ,2 2k Pu vk Putk k R k k k R ≥ （式中， t——止水带厚度，mm；P——作用水压力，MPa；
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV641.43

【参考文献】