沥青混凝土防渗心墙在土石坝加固中的应用研究

发布时间：2017-08-01 20:19

  本文关键词：沥青混凝土防渗心墙在土石坝加固中的应用研究

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【摘要】：采用三维有限元法对云南省寻甸县黑山水库沥青混凝土心墙均质坝进行了心墙与两侧过渡层变形协调性的数值模拟分析,研究心墙的厚度对坝体防渗的变化规律。计算中坝体和心墙的本构模型采用邓肯张E-B模型,对不同厚度的心墙分别进行了模拟计算,并对比其相互之间的变形协调规律及心墙对防渗的效果。对心墙下游面不同坡度分别进行了模拟计算,并对比其相互之间的应力及变形的规律,采用线弹性断裂力学理论方法对沥青混凝土心墙是否可能发生水力劈裂破坏进行判别分析。计算结果显示,坝体和心墙受到的沉降及应力呈对称分布,其应力应变规律处于合理范围,但心墙都已产生不同程度的拱效应,针对其可能存在的水力劈裂破坏需要进行研究。通过沥青混凝土心墙发生水力劈裂破坏的判定准则,除左、右两岸及坝顶的部分区域外,心墙上游面的水压力远小于最小主应力。结果显示,沥青混凝土心墙理论上发生水力劈裂的可能性极小。主要的研究结论如下：(1)采用Ansys workbench计算软件计算得到的应力变形的结果是合理的,不会发生水力劈裂破坏,也不会发生拉压及剪切等相关破坏。心墙厚度在0.3m、0.4m和0.5m条件下,大部分水平位移满足变形协调性,顺河向水平位移值随着心墙厚度的增加而变大,拱效应越明显,说明对心墙水平位移越不利。心墙与过渡层的沉降随着高程的增加而变大,并且随着心墙厚度的增加,沉降的最大值随之减小。相对两侧的过渡层而言,心墙上部沉降小,底部沉降大,整个心墙在高度方向上有“被拉伸”的现象,这就为心墙产生拱效应提供了必要条件。(2)心墙以受压应力为主,局部区域受拉,但最大压应力和最大拉应力值均未超过沥青混凝土的强度,故心墙的受力是安全的。通过验算,并未发生水力劈裂破坏。(3)坝体加入沥青混凝土心墙后,浸润线明显降低,防渗效果好,并且渗流量随着心墙厚度的增加而减小。(4)坝体加入心墙后,使坝体下游变形减小,上游变形增大,且使坝体的大、小主应力增加。随着θ值的增大,小主应力的最大值逐渐减小。心墙的顺河向位移的最大值均发生在高程2141.0m附近,心墙内都产生了不同程度的“拱效应”。通过把心墙的最小主应力与上游面水压力进行比较,对心墙是否可能会发生水力劈裂破坏进行了判别分析,计算分析得出：除坝顶局部区域外,水压力值远小于心墙的最小主应力值,心墙理论上不会发生水力劈裂破坏。
【关键词】：沥青混凝土心墙 应力应变 变形协调 水力劈裂 渗流
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV641;TV543.8
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 引言13-14
• 1.2 国内外研究现状及存在的问题14-17
• 1.3 本文研究的主要内容17-18
• 1.4 本章小结18-19
• 第二章 沥青混凝土心墙土石坝的本构模型19-29
• 2.1 有限元法的一般原理19-20
• 2.1.1 平衡方程和连续性方程19-20
• 2.1.2 位移法建立的方程20
• 2.2 均质坝的本构模型20-23
• 2.2.1 邓肯张E-v模型21-23
• 2.2.2 邓肯张E-B模型23
• 2.2.3 抗剪强度指标23
• 2.3 有限元的分析方法23-26
• 2.3.1 计算软件23-24
• 2.3.2 非线性问题的分析方法24-26
• 2.3.3 大坝施工及运行过程的模拟26
• 2.3.4 坝体渗流计算模型26
• 2.4 本章小结26-29
• 第三章 不同厚度防渗心墙对土石坝应力应变和防渗的影响29-61
• 3.1 沥青混凝土心墙均质坝应力与变形分析29-43
• 3.1.1 黑山水库概况29-33
• 3.1.1.1 工程概况29-30
• 3.1.1.2 水文概况30-31
• 3.1.1.3 地形地质31-33
• 3.1.2 有限元法计算的模型33-34
• 3.1.3 计算参数与加载过程34-35
• 3.1.3.1 计算参数34-35
• 3.1.3.2 施工加载过程35
• 3.1.4 沥青混凝土心墙均质坝计算结果35-43
• 3.2 沥青混凝土心墙与两侧过渡层变形协调性分析43-55
• 3.2.1 心墙与过渡层顺河向变形协调43-50
• 3.2.2 心墙与过渡层沉降变形协调50-53
• 3.2.3 心墙变形及应力53-55
• 3.3 心墙水力劈裂的判别55-56
• 3.4 心墙对坝体的防渗分析56-58
• 3.4.1 边界条件的处理56-57
• 3.4.2 沥青混凝土心墙防渗的计算结果57-58
• 3.5 本章小结58-61
• 第四章 不同下游面坡度防渗心墙的应力与变形的分析61-81
• 4.1 坝体变形及应力应变61-68
• 4.2 心墙的变形和应力应变68-79
• 4.3 心墙水力劈裂的判别79-80
• 4.4 本章小结80-81
• 第五章 结论与展望81-85
• 5.1 结论81-82
• 5.2 展望82-85
• 致谢85-87
• 参考文献87-93
• 附录 作者攻读硕士期间发表的论文和参加的科研项目93

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本文编号：606023