寒区均质土坝混凝土面板冰冻胀破坏的力学分析
发布时间：2021-01-20 17:49
为了研究寒区均质土坝混凝土面板在冰盖和土体冻胀共同作用下的受力和破坏问题,对北疆奎屯河流域和玛纳斯河流域几个大中型水库进行了野外实地调查。在此基础上,以柳沟水库均质土坝混凝土面板为研究对象,通过合理假设,运用力学基本理论对冰盖作用处混凝土面板的内力分布情况进行了分析。在力学分析的基础上,提出了面板发生冰冻胀破坏的判断准则。研究结果表明:库水面线附近弯矩最大,混凝土面板在该处容易发生断裂,裂缝往往是贯穿性的,并平行于库水面线。在冰盖作用处混凝土面板上部的接缝填充材料容易发生剪切强度破坏。
【文章来源】：水资源与水工程学报. 2020,31(04)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
冰盖作用范围内均质土坝混凝土面板冻胀破坏现象(奎屯河流域柳沟水库)
图1 冰盖作用范围内均质土坝混凝土面板冻胀破坏现象(奎屯河流域柳沟水库)图1(a)为冰盖作用处混凝土面板发生的错位现象，面板上部下沉，下沉深度约5 cm，下部翘起，翘起高度约2 cm。根据2016年现场调查，该水库错位达8 cm以上的面板有41块，共计132 m，其中最大错位为13 cm。在发生错位的面板上很少看到裂缝存在。图1(b)为冰盖作用处混凝土面板发生的开裂现象，裂缝多位于冬季库水位附近，冰盖作用处，裂缝一般贯穿于整块混凝土面板，并大体上平行于水面线，在该水库的其他坝段、左右库岸边坡混凝土面板上类似裂缝分布较多，根据调查，该水库存在贯穿裂缝的面板有44块，共计133 m，缝宽1～2mm，在发生开裂的面板上很少见到错位现象。上述破坏现象在寒冷地区的其他均质土坝和库岸边坡混凝土面板上也有不同程度的出现[20-28]。
图3为均质土坝上游坝体横断面温湿度分布及面板铺设示意图。图3中坝体护坡由14块矩形混凝土面板构成，面板从上到下的编号为S1、S2、……、S14。C1为坝体内的温度分布曲线。在库水面线以上坝体临空面附近区域，土体温度为负，当深度不断增大，下部土体受外界气候影响小，温度逐渐升高，到达一定深度后，温度增加的幅度很小[20-22]。C2为水的温度分布曲线。水温随着深度增大而逐渐升高，到达一定深度后，水温几乎保持不变[23-25]。C3为坝体内的含水率分布曲线。坝体内的含水率随着高程的降低而不断增大[26-27]。C4为坝体内土体正负温度的分界线，与最大冻结深度有关。由于水面以下土体不发生冻胀，因此，在进行冰冻胀破坏力学分析时，只需考虑库水位线处及以上的混凝土面板的受力问题。沿坝长取图3库水位线处及以上单位宽度(1 m)的混凝土面板为研究对象。坝面板除了受到自身的重力p作用外，在水面线上方还分别受到静冰压力在法线及切线方向的分力Pi1和Pi2，冻土沿法向、切向的冻胀力q和τ的作用。水面线以下，面板还受到静水压力Pw和土的摩擦力Ff的作用。面板的受力分析如图4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于弹性力学考虑冰水相变过程下多年冻土冻胀系数与冻胀率之间的关系[J]. 王贺,郭春香,吴亚平,蒋代军. 岩石力学与工程学报. 2018(12)
[2]Modeling of thermodynamics of ice and water in seasonal ice-covered reservoir[J]. 李楠,脱友才,邓云,安瑞冬,李嘉,梁瑞峰. Journal of Hydrodynamics. 2018(02)
[3]开放系统预制混凝土梯形渠道冻胀破坏力学模型及验证[J]. 肖旻,王正中,刘铨鸿,刘月,郭瑞. 农业工程学报. 2016(19)
[4]混凝土防渗渠道冬季输水运行中冻胀与抗冻胀力验算[J]. 宋玲,欧阳辉,余书超. 农业工程学报. 2015(18)
[5]寒冷地区面板堆石坝混凝土面板垂直缝止水结构的最新改进[J]. 张军. 水电与抽水蓄能. 2015(03)
[6]全球变暖背景下新疆地区近45a来最大冻土深度变化及其突变分析[J]. 符传博,丹利,吴涧,魏荣庆. 冰川冻土. 2013(06)
[7]寒区水库护坡冰冻破坏问题中的断裂力学分析[J]. 刘晓洲,刘鹏,李洪升. 冰川冻土. 2010(03)
[8]人工淡水冰单轴压缩强度试验研究[J]. 张丽敏,李志军,贾青,李广伟. 水利学报. 2009(11)
[9]冰推力对平原型水库土坝的危害及防治措施分析[J]. 魏剑波. 科技咨询导报. 2007(10)
[10]护坡工程静冰压力分析[J]. 孙晓明,洪晓辉,孔达. 黑龙江水专学报. 2006(02)
本文编号：2989492
【文章来源】：水资源与水工程学报. 2020,31(04)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
冰盖作用范围内均质土坝混凝土面板冻胀破坏现象(奎屯河流域柳沟水库)
图1 冰盖作用范围内均质土坝混凝土面板冻胀破坏现象(奎屯河流域柳沟水库)图1(a)为冰盖作用处混凝土面板发生的错位现象，面板上部下沉，下沉深度约5 cm，下部翘起，翘起高度约2 cm。根据2016年现场调查，该水库错位达8 cm以上的面板有41块，共计132 m，其中最大错位为13 cm。在发生错位的面板上很少看到裂缝存在。图1(b)为冰盖作用处混凝土面板发生的开裂现象，裂缝多位于冬季库水位附近，冰盖作用处，裂缝一般贯穿于整块混凝土面板，并大体上平行于水面线，在该水库的其他坝段、左右库岸边坡混凝土面板上类似裂缝分布较多，根据调查，该水库存在贯穿裂缝的面板有44块，共计133 m，缝宽1～2mm，在发生开裂的面板上很少见到错位现象。上述破坏现象在寒冷地区的其他均质土坝和库岸边坡混凝土面板上也有不同程度的出现[20-28]。
图3为均质土坝上游坝体横断面温湿度分布及面板铺设示意图。图3中坝体护坡由14块矩形混凝土面板构成，面板从上到下的编号为S1、S2、……、S14。C1为坝体内的温度分布曲线。在库水面线以上坝体临空面附近区域，土体温度为负，当深度不断增大，下部土体受外界气候影响小，温度逐渐升高，到达一定深度后，温度增加的幅度很小[20-22]。C2为水的温度分布曲线。水温随着深度增大而逐渐升高，到达一定深度后，水温几乎保持不变[23-25]。C3为坝体内的含水率分布曲线。坝体内的含水率随着高程的降低而不断增大[26-27]。C4为坝体内土体正负温度的分界线，与最大冻结深度有关。由于水面以下土体不发生冻胀，因此，在进行冰冻胀破坏力学分析时，只需考虑库水位线处及以上的混凝土面板的受力问题。沿坝长取图3库水位线处及以上单位宽度(1 m)的混凝土面板为研究对象。坝面板除了受到自身的重力p作用外，在水面线上方还分别受到静冰压力在法线及切线方向的分力Pi1和Pi2，冻土沿法向、切向的冻胀力q和τ的作用。水面线以下，面板还受到静水压力Pw和土的摩擦力Ff的作用。面板的受力分析如图4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于弹性力学考虑冰水相变过程下多年冻土冻胀系数与冻胀率之间的关系[J]. 王贺,郭春香,吴亚平,蒋代军. 岩石力学与工程学报. 2018(12)
[2]Modeling of thermodynamics of ice and water in seasonal ice-covered reservoir[J]. 李楠,脱友才,邓云,安瑞冬,李嘉,梁瑞峰. Journal of Hydrodynamics. 2018(02)
[3]开放系统预制混凝土梯形渠道冻胀破坏力学模型及验证[J]. 肖旻,王正中,刘铨鸿,刘月,郭瑞. 农业工程学报. 2016(19)
[4]混凝土防渗渠道冬季输水运行中冻胀与抗冻胀力验算[J]. 宋玲,欧阳辉,余书超. 农业工程学报. 2015(18)
[5]寒冷地区面板堆石坝混凝土面板垂直缝止水结构的最新改进[J]. 张军. 水电与抽水蓄能. 2015(03)
[6]全球变暖背景下新疆地区近45a来最大冻土深度变化及其突变分析[J]. 符传博,丹利,吴涧,魏荣庆. 冰川冻土. 2013(06)
[7]寒区水库护坡冰冻破坏问题中的断裂力学分析[J]. 刘晓洲,刘鹏,李洪升. 冰川冻土. 2010(03)
[8]人工淡水冰单轴压缩强度试验研究[J]. 张丽敏,李志军,贾青,李广伟. 水利学报. 2009(11)
[9]冰推力对平原型水库土坝的危害及防治措施分析[J]. 魏剑波. 科技咨询导报. 2007(10)
[10]护坡工程静冰压力分析[J]. 孙晓明,洪晓辉,孔达. 黑龙江水专学报. 2006(02)
本文编号：2989492
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