河谷形状对面板堆石坝应力变形特性影响的量化方法研究
发布时间：2020-08-26 07:29
【摘要】：我国自1985年至今,在峡谷地区已经建成了数十座高面板堆石坝,积累了丰富的峡谷地区面板堆石坝筑坝经验,但由于面板堆石坝工程的复杂性,相关的设计理论研究仍然滞后于工程实际应用。加强峡谷地区面板堆石坝的设计理论研究、变形特性研究和工程改善应对措施研究,是一项有意义的工作。由于堆石料的岩性、堆石的颗粒级配、堆石的碾压参数和河谷的形状等众多因素同时对坝体的受力变形产生影响,导致峡谷地形对大坝受力变形的影响很难从直接测量的结果中分离出来。有限元法具有分离量化显示河谷形状这一单一因素对大坝受力变形影响的优势,采用有限元法研究河谷形状对面板堆石坝应力变形特性的影响,具有现场试验和模型试验无法比拟的优势。本文结合相关的面板堆石坝设计与有限元计算方法,主要的研究工作如下:系统介绍了我国峡谷地区面板堆石坝的工程实践进展与存在的问题。针对河谷宽高比在描述河谷宽窄时存在的不足,从河谷宽度、河谷边坡、河谷的对称性三个影响河谷形态的要素出发,给出了新的河谷形状参数来量化描述河谷的形态。采用河谷宽度系数来量化描述河谷的宽窄,采用河谷边坡陡缓系数来量化描述河谷边坡的陡缓,采用河谷非对称系数来量化描述河谷边坡的非对称性。并从河谷地形中面板堆石坝的受力变形特性出发,利用有限元数值计算方法,给出了区分河谷宽窄、河谷边坡陡缓、河谷对称与否的判别标准。基于新提出的河谷形状参数量化研究了河谷地形对面板堆石坝应力变形特性的影响,揭示了峡谷地区堆石坝坝体、面板发生特殊破坏与变形的内在机理。提出了基于河谷地形影响的面板堆石坝工程分类方法,给出河谷形状对面板堆石坝应力变形影响程度的分级标准和河谷形状影响系数G,以量化河谷形状对面板堆石坝应力变形的影响程度,为是否采取工程改善措施消除河谷地形的不利影响提供依据。利用河谷形状参数及面板堆石坝工程分类方法对国内外数十座已建成的面板堆石坝进行了工程分类,进一步验证了本文研究成果的可靠性与实用性。研究了狭窄河谷中面板堆石坝坝体底部应力拱效应的形成机理,堆石体与两岸山体间的不均匀沉降和狭窄的河谷地形是狭窄河谷中形成应力拱效应的两个条件,坝体竖向应力与轴向应力在应力拱的作用下发生的应力重分布是坝体底部产生应力拱效应的内在力学机理。提出了一种可以确定坝体底部应力拱的合理拱轴线的方法,并利用此方法研究了河谷宽度与河谷岸坡对应力拱的影响,为采用工程措施减弱拱效应的不利影响提供了必要的理论支持。陡峭河谷岸坡是导致面板堆石坝面板轴向拉应力增大的主要原因,采用拱形面板堆石坝来减弱峡谷地区面板受到的轴向拉应力,有限元计算结果表明效果良好。根据计算结果,拟推荐拱型面板堆石坝在设计时,其曲率值可以在K(28)7.5?10~(-4)~1?10~(-3)之间选取,坝体向着上游方向上的拱起高度初步定为h?(0.024-0.032)L。研究了倾斜坝基地形下面板堆石坝的静力变形特性与动力反应特性。倾斜坝基地形对面板堆石坝静力的变形特性影响不大,但对面板堆石坝在顺河方向上的最大动位移和最大残余变形的分布规律影响较大。研究了倾斜坝基地形下面板堆石坝的动力破坏模式,大坝的极限抗震能力为0.50g-0.58g。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV641.4
【图文】：
图 1-1 西北口大坝典型剖面图 图 1-2 西北口大坝面板裂缝示意图Fig.1-1 Typical section of Xibeikou dam Fig.1-2 Crackin of concrete slab in Xibeikou dam大坝于 1987 年 1 月开始填筑， 1989 年 3 月浇筑面板，6 月面板浇筑完成，面板仅部分板块上发现少量裂缝。至 1990 年 1 月第二次检查面板，共发现裂缝 253 条，其中宽大于 0.3mm 的共 135 条。1990 年 4 第三次全面检查面板，发现裂缝 257 条。在进行补后，于 1991 年 9 月进行水库蓄水，运行基本正常。西北口大坝是我国在峡谷地区修建的第一座面板堆石坝，大坝建成后面板出现了较范围的裂缝，这与我们缺乏相关的工程设计经验有关，也和我们缺乏对峡谷地区面板堆坝变形特性的认识有关。针对面板裂缝原因，尚存在不同的看法，一些研究成果表明温荷载和混凝土质量不均匀是导致西北口大坝面板产生大面积裂缝的主要原因【34-36】。但后的监测资料表明，大坝运行 7 年后堆石体的竖向沉降仍然较大【37】，这可能是狭窄河谷形状导致的堆石体底部产生的拱效应引起的，此外大坝填筑完成后即开始浇筑混凝土面板没有为堆石体预留足够的沉降周期，这些都是导致西北口大坝面板裂缝的原因。1.2.1.2 万安溪面板堆石坝继西北口面板堆石坝之后，我国又在 1994 年修建了万安溪水电站【38】，其拦河大坝
图 1-1 西北口大坝典型剖面图 图 1-2 西北口大坝面板裂缝示意图Fig.1-1 Typical section of Xibeikou dam Fig.1-2 Crackin of concrete slab in Xibeikou dam大坝于 1987 年 1 月开始填筑， 1989 年 3 月浇筑面板，6 月面板浇筑完成，面板仅部分板块上发现少量裂缝。至 1990 年 1 月第二次检查面板，共发现裂缝 253 条，其中宽大于 0.3mm 的共 135 条。1990 年 4 第三次全面检查面板，发现裂缝 257 条。在进行补后，于 1991 年 9 月进行水库蓄水，运行基本正常。西北口大坝是我国在峡谷地区修建的第一座面板堆石坝，大坝建成后面板出现了较范围的裂缝，这与我们缺乏相关的工程设计经验有关，也和我们缺乏对峡谷地区面板堆坝变形特性的认识有关。针对面板裂缝原因，尚存在不同的看法，一些研究成果表明温荷载和混凝土质量不均匀是导致西北口大坝面板产生大面积裂缝的主要原因【34-36】。但后的监测资料表明，大坝运行 7 年后堆石体的竖向沉降仍然较大【37】，这可能是狭窄河谷形状导致的堆石体底部产生的拱效应引起的，此外大坝填筑完成后即开始浇筑混凝土面板没有为堆石体预留足够的沉降周期，这些都是导致西北口大坝面板裂缝的原因。1.2.1.2 万安溪面板堆石坝继西北口面板堆石坝之后，我国又在 1994 年修建了万安溪水电站【38】，其拦河大坝
部分板块上发现少量裂缝。至 1990 年 1 月第二次检查面板，共发现裂缝 253 条，其中宽大于 0.3mm 的共 135 条。1990 年 4 第三次全面检查面板，发现裂缝 257 条。在进行补后，于 1991 年 9 月进行水库蓄水，运行基本正常。西北口大坝是我国在峡谷地区修建的第一座面板堆石坝，大坝建成后面板出现了较范围的裂缝，这与我们缺乏相关的工程设计经验有关，也和我们缺乏对峡谷地区面板堆坝变形特性的认识有关。针对面板裂缝原因，尚存在不同的看法，一些研究成果表明温荷载和混凝土质量不均匀是导致西北口大坝面板产生大面积裂缝的主要原因【34-36】。但后的监测资料表明，大坝运行 7 年后堆石体的竖向沉降仍然较大【37】，这可能是狭窄河谷形状导致的堆石体底部产生的拱效应引起的，此外大坝填筑完成后即开始浇筑混凝土面板没有为堆石体预留足够的沉降周期，这些都是导致西北口大坝面板裂缝的原因。1.2.1.2 万安溪面板堆石坝继西北口面板堆石坝之后，我国又在 1994 年修建了万安溪水电站【38】，其拦河大坝混凝土面板堆石坝，坝址河谷狭窄呈 V 型，最大坝高 93.80m，坝顶长度 210m，宽比 2.2。上游坝坡以弱透水垫层外坡控制，坡度 1:1.4，下游坝坡 1:1.3。万安溪大坝典型剖面及面板裂缝见图 1-3 至图 1-4。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV641.4
【图文】：
图 1-1 西北口大坝典型剖面图 图 1-2 西北口大坝面板裂缝示意图Fig.1-1 Typical section of Xibeikou dam Fig.1-2 Crackin of concrete slab in Xibeikou dam大坝于 1987 年 1 月开始填筑， 1989 年 3 月浇筑面板，6 月面板浇筑完成，面板仅部分板块上发现少量裂缝。至 1990 年 1 月第二次检查面板，共发现裂缝 253 条，其中宽大于 0.3mm 的共 135 条。1990 年 4 第三次全面检查面板，发现裂缝 257 条。在进行补后，于 1991 年 9 月进行水库蓄水，运行基本正常。西北口大坝是我国在峡谷地区修建的第一座面板堆石坝，大坝建成后面板出现了较范围的裂缝，这与我们缺乏相关的工程设计经验有关，也和我们缺乏对峡谷地区面板堆坝变形特性的认识有关。针对面板裂缝原因，尚存在不同的看法，一些研究成果表明温荷载和混凝土质量不均匀是导致西北口大坝面板产生大面积裂缝的主要原因【34-36】。但后的监测资料表明，大坝运行 7 年后堆石体的竖向沉降仍然较大【37】，这可能是狭窄河谷形状导致的堆石体底部产生的拱效应引起的，此外大坝填筑完成后即开始浇筑混凝土面板没有为堆石体预留足够的沉降周期，这些都是导致西北口大坝面板裂缝的原因。1.2.1.2 万安溪面板堆石坝继西北口面板堆石坝之后，我国又在 1994 年修建了万安溪水电站【38】，其拦河大坝
图 1-1 西北口大坝典型剖面图 图 1-2 西北口大坝面板裂缝示意图Fig.1-1 Typical section of Xibeikou dam Fig.1-2 Crackin of concrete slab in Xibeikou dam大坝于 1987 年 1 月开始填筑， 1989 年 3 月浇筑面板，6 月面板浇筑完成，面板仅部分板块上发现少量裂缝。至 1990 年 1 月第二次检查面板，共发现裂缝 253 条，其中宽大于 0.3mm 的共 135 条。1990 年 4 第三次全面检查面板，发现裂缝 257 条。在进行补后，于 1991 年 9 月进行水库蓄水，运行基本正常。西北口大坝是我国在峡谷地区修建的第一座面板堆石坝，大坝建成后面板出现了较范围的裂缝，这与我们缺乏相关的工程设计经验有关，也和我们缺乏对峡谷地区面板堆坝变形特性的认识有关。针对面板裂缝原因，尚存在不同的看法，一些研究成果表明温荷载和混凝土质量不均匀是导致西北口大坝面板产生大面积裂缝的主要原因【34-36】。但后的监测资料表明，大坝运行 7 年后堆石体的竖向沉降仍然较大【37】，这可能是狭窄河谷形状导致的堆石体底部产生的拱效应引起的，此外大坝填筑完成后即开始浇筑混凝土面板没有为堆石体预留足够的沉降周期，这些都是导致西北口大坝面板裂缝的原因。1.2.1.2 万安溪面板堆石坝继西北口面板堆石坝之后，我国又在 1994 年修建了万安溪水电站【38】，其拦河大坝
部分板块上发现少量裂缝。至 1990 年 1 月第二次检查面板，共发现裂缝 253 条，其中宽大于 0.3mm 的共 135 条。1990 年 4 第三次全面检查面板，发现裂缝 257 条。在进行补后，于 1991 年 9 月进行水库蓄水，运行基本正常。西北口大坝是我国在峡谷地区修建的第一座面板堆石坝，大坝建成后面板出现了较范围的裂缝，这与我们缺乏相关的工程设计经验有关，也和我们缺乏对峡谷地区面板堆坝变形特性的认识有关。针对面板裂缝原因，尚存在不同的看法，一些研究成果表明温荷载和混凝土质量不均匀是导致西北口大坝面板产生大面积裂缝的主要原因【34-36】。但后的监测资料表明，大坝运行 7 年后堆石体的竖向沉降仍然较大【37】，这可能是狭窄河谷形状导致的堆石体底部产生的拱效应引起的，此外大坝填筑完成后即开始浇筑混凝土面板没有为堆石体预留足够的沉降周期，这些都是导致西北口大坝面板裂缝的原因。1.2.1.2 万安溪面板堆石坝继西北口面板堆石坝之后，我国又在 1994 年修建了万安溪水电站【38】，其拦河大坝混凝土面板堆石坝，坝址河谷狭窄呈 V 型，最大坝高 93.80m，坝顶长度 210m，宽比 2.2。上游坝坡以弱透水垫层外坡控制，坡度 1:1.4，下游坝坡 1:1.3。万安溪大坝典型剖面及面板裂缝见图 1-3 至图 1-4。
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 邓刚;汪小刚;温彦锋;于沭;陈锐;;混凝土面板坝面板变形模式与水平向挤压破损研究[J];水利学报;2015年04期
2 易进栋;徐光明;孙振远;;复杂地形条件下面板坝离心模型试验研究[J];水利学报;2014年S2期
3 郭兰春;王瑞骏;刘伟;;堆石料填筑标准对狭窄河谷面板堆石坝应力变形的影响研究[J];水资源与水工程学报;2014年05期
4 李国英;苗U
本文编号：2804891
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