深厚覆盖层地基混凝土面板堆石坝应力变形分析

发布时间：2020-07-20 18:33

【摘要】：混凝土面板堆石坝因为其自身适应性强、安全度高、经济节约的特点被广泛运用于水电建设中。随着我国水电事业的高速发展和筑坝技术的不断提高,越来越多的混凝土面板堆石坝开始建在覆盖层地基上,对深厚覆盖层地基上混凝土面板堆石坝的应力分布和变形特性的研究就显得尤为重要。本文在查阅资料,总结覆盖层地基上面板堆石坝的特征、覆盖层的特性、覆盖层地基对混凝土面板堆石坝应力分布和变形特性影响机理以及深覆盖层地基上修建面板堆石坝存在的主要问题的基础上,依托九甸峡面板堆石坝研究深厚覆盖层地基上混凝土面板堆石坝应力分布和变形特性。通过分析比较,本文堆石体、覆盖层选用Duncan-Chang(邓肯-张E-B)模型,混凝土材料选用线弹性模型,在面板与垫层之间设置了Goodman接触单元解决弹性模量相差较大的两种介质间的接触问题,面板垂直缝间设置分离缝单元,周边缝间设置软单元模拟。本文选用MIDAS/GTS岩土专业分析软件建立九甸峡面板堆石坝三维有限元模型。计算中对坝体分层填筑过程和水库蓄水过程分为20级进行加载计算,计算完成后选取了坝体的三个典型横剖面、最大纵断面、整个坝体和面板,对其在竣工期、死水位时期和正常蓄水位时期三种不同工况下的应力分布和变形形状进行了分析。研究主要得出以下结论:(1)对于修建在覆盖层地基上的九甸峡面板堆石坝,坝体最大垂直向位移出现在覆盖层最厚的下游坝体中间最底端,最大沉降值为57.95cm,约占坝高的0.44%。河床中央靠近坝顶1/2~1/3区域的沉降大约在38cm~48cm范围内。蓄水对坝体上游坡脚处的垂直向位移有较大的影响;(2)坝体顺河向变形趋势为坝体上游区域向上游移动,下游区域向下游移动,最大位移值出现在上、下游坝坡1/2处。水库蓄水后,随着蓄水深度的增大上游侧位移越发减小而下游区位移越发增大。覆盖层引起坝体竣工期顺河向位移的不对称分布。对于九甸峡面板堆石坝,竣工期位移零线偏向下游,上游位移最大值为23.30cm,下游位移最大值为12.52cm,上游位移大于下游位移。蓄水至正常蓄水位时位移零线偏转到坝体上游侧,坝体上、下游的位移基本持平,数值大约在14cm左右。蓄水对坝体顺河向位移有很大的影响;(3)坝体沿坝轴线向的变形呈两岸坝体向河床中央挤压的趋势,九甸峡左岸岸坡陡峭,右岸岸坡相对平缓,整个坝体在纵向呈显出右岸部分坝体向左岸部分坝体“侵入”的趋势。竣工期偏向左岸的最大位移为12.99cm,偏向右岸的最大位移为6.12cm。蓄水后沿坝轴线向的位移变化不大,河谷形态是影响坝体沿坝轴线向位移的主要因素;(4)坝体大、小主应力基本按照覆土柱高度成比例分布,受覆盖层的影响,最大值出现在上游侧坝体最底部位置。坝体主要承受压应力,蓄水期大主应力最大值为4.95MPa,小主应力最大值为1.82MPa。坝体拉应力主要集中在坝体顶部靠近两岸的局部区域;(5)面板变形呈整个面板压向堆石体的总体趋势。最大挠度出现在河床中央接近面板底部的位置,竣工期最大挠度为10.48cm,正常蓄水位时的最大挠度为29.55cm。蓄水后上游覆盖层变形引起的面板变形量很大;(6)面板主要承受压应力,最大压应力在河床中央靠近面板底部1/3的位置,仅在靠近两岸坝肩的位置出现了局部拉应力区。压应力最大值为4.77MPa,拉应力最大值为2.08MPa。从整体来看,对坝体、面板的应力变形计算分析结果符合深厚覆盖层上面板堆石坝应力和变形的一般性规律,计算结果基本合理。本文的分析结果对预测类似工程的应力和变形有一定的参考价值。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV641.43
【图文】：

土面板堆石坝（CFRD）是以堆石体为支撑结构、以上游表面浇筑的板作为主要防渗结构的土石坝[1]。混凝土面板堆石坝的建设已有上百其自身对地基适应能力强、施工速度快、受气候条件影响小、度汛方价低廉、抗震性能好、安全性高、易就地取材等优点深受到国内外坝目前最具发展前景的坝型之一[2]。国际大坝委员会（ICOLD）2011 年世界范围内已建、在建、拟建的高混凝土面板堆石坝已经超过 600 座家。其中，中国的面板堆石坝数量最多，约占总数的一半；澳大利亚西的数量次之，占比大约在 3~5%之间；其他国家面板堆石坝的数量混凝土面板堆石坝总数的 1/3[3]。混凝土面板堆石坝的国际分布情况

mrssspvpvmrsmGMpafthMpf 222211应变的等值面，为椭圆形；等值面，为抛物线形；参数。服面模型数学表达式如下[47,48]： fqpfprqs/22221面参数，对堆石体材料可令其为 2.0。， 12331p ， 21231q

监测结果拟合度较高，因而被广泛应-张（E-B）模型不能反映出堆石体各现出堆石体的硬化软化、剪缩剪胀特考虑上述三个假定，该模型相对比较在工程中的应用。因此，弹塑性模型石坝三维有限元数值分析时选用邓肯钢筋混凝土结构，在上游水压力、两力状态。根据理论研究，在复杂应力性关系，而是非线性的关系[49]。其

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本文编号：2763797