刘家沟面板堆石坝坝体设计与运行期应力变形研究

发布时间：2017-09-12 11:08

  本文关键词：刘家沟面板堆石坝坝体设计与运行期应力变形研究

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【摘要】：混凝土面板堆石坝由于具有方便施工、稳定性好、易于适应不同地形环境等优点,受到设计者的青睐。混凝土面板堆石坝坝型是否适用取决于坝体变形控制,并且面板开裂和坝体渗漏等问题也制约混凝土面板堆石坝的推广。面板和趾板的应力变形与坝体变形有着密切的关系,在考虑受变温荷载作用下,可能产生过大拉应力而导致开裂。因此,研究温度应力造成面板开裂的可能性对面板坝的安全性是具有重要意义的。本文以重庆巫溪刘家沟混凝土面板堆石坝为例,在进行坝址选择和坝体设计的基础上,采用有限元方法对运行期坝体应力变形进行了计算分析,研究了温度—应力耦合作用下坝体和面板的应力分布,并探讨了面板开裂的可能性。论文的主要工作和成果如下:(1)对比分析了地形地质条件、水库综合利用对库容规模的要求、枢纽布置及成库条件等因素,提出了下坝址方案。所选坝址在工程投资方面与上坝址方案接近,但在坝基坝肩岩溶水文地质条件、坝基坝肩防渗处理工程投资及可靠性、水库邻谷渗漏与成库条件等方面有明显优势。(2)依据相关规范,对选定的下坝址方案进行了坝体设计,包括剖面设计、坝体分区和面板趾板设计等。推荐坝型为混凝土面板碾压堆石坝,坝体材料从面板以下依次为垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区、特殊垫层区、下游堆石棱体,坝顶宽7m,坝轴线长258m,最大坝高84m,坝顶高程460m,上下游坝坡1:1.4。(3)采用有限元分析软件ABAQUS对大坝运行期坝前水位和重力进行组合计算,分析了在各个工况下坝体和面板应力变形特征。分析表明,正常高水位时沉降最大为4.77cm,水平位移最大为8.45cm;坝体大主应力在正常高水位时最大为1.65MPa;坝体小主应力在防洪限制水位时最小为-0.24MPa。大主应力区没有出现拉应力区,各工况小主应力均能满足抗拉强度要求。运行期面板沿坝坡方向主要承受压应力,但面板底部存在拉应力。(4)采用温度—应力耦合计算方法,研究了大坝受气温、库水温和地温影响下的温度场分布和温度荷载作用下坝体和面板的应力分布。结果显示,环境温度变化引起坝体温度场改变,以温度荷载的方式影响坝体应力场分布,进而改变面板趾板的应力变形;从分布上看,温度裂缝可能产生于面板中下部;从时间来看,温度最低的一月份产生拉应力最大,都小于混凝土抗拉强度,不会产生温度裂缝。
【关键词】：混凝土面板堆石坝 应力 变形 温度场 温度-应力耦合 有限元模拟
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV641.43
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 选题依据及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 混凝土面板堆石坝发展历史12-13
• 1.2.2 坝体应力变形分析研究现状13-15
• 1.3 本文主要内容15-16
• 1.4 主要技术路线16-18
• 第二章 刘家沟面板堆石坝建设条件18-24
• 2.1 流域与气候情况18-19
• 2.1.1 流域概况18-19
• 2.1.2 气候特征19
• 2.2 水文情况19-21
• 2.2.1 径流特征19-20
• 2.2.2 暴雨洪水特征20
• 2.2.3 泥沙来源及特性20-21
• 2.3 工程地质概况21-24
• 2.3.1 区域地质条件21
• 2.3.2 水库工程地质条件21-22
• 2.3.3 坝址工程地质条件22-24
• 第三章 坝址选择与坝体设计24-37
• 3.1 坝址选择24-28
• 3.1.1 坝址地形及工程地质条件24-25
• 3.1.2 工程布置条件及投资25-26
• 3.1.3 水库左岸邻谷渗漏问题26
• 3.1.4 水库综合利用效益及库区淹没损失26
• 3.1.5 枢纽工程施工条件及建设工期26-27
• 3.1.6 选址方案综合对比27-28
• 3.2 坝体设计28-32
• 3.2.1 坝体剖面设计28-30
• 3.2.2 坝体防渗系统设计30-32
• 3.3 基础处理32-34
• 3.3.1 基础处理目的与意义32
• 3.3.2 基础开挖32-33
• 3.3.3 帷幕灌浆和固结灌浆33-34
• 3.4 坝体原型观测设计34-35
• 3.4.1 观测目的34-35
• 3.4.2 坝体表面观测断面35
• 3.4.3 坝体内部观测断面35
• 3.5 本章小结35-37
• 第四章 坝体应力变形分析37-49
• 4.1 模型建立37-40
• 4.1.1 本构关系选择37-38
• 4.1.2 荷载与边界38-39
• 4.1.3 断面选取与网格划分39-40
• 4.2 方案设计40-41
• 4.2.1 计算内容40
• 4.2.2 计算方案40-41
• 4.3 应力变形分析41-48
• 4.3.1 坝体沉降41-42
• 4.3.2 坝体水平位移42-44
• 4.3.3 坝体大主应力44
• 4.3.4 坝体小主应力44-45
• 4.3.5 面板应力45-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第五章 考虑温度场的坝体应力变形49-65
• 5.1 热分析模拟坝体温度场49-53
• 5.1.1 温度场仿真在ABAQUS中实现50
• 5.1.2 计算参数与边界条件50-52
• 5.1.3 温度场计算结果52-53
• 5.2 温度—应力场顺序耦合计算53-54
• 5.3 耦合计算结果分析54-63
• 5.3.1 坝体沉降54-56
• 5.3.2 坝体水平位移56-58
• 5.3.3 坝体大主应力58-59
• 5.3.4 坝体小主应力59-61
• 5.3.5 面板应力61-63
• 5.4 本章小结63-65
• 第六章 结论与展望65-67
• 6.1 全文总结65-66
• 6.2 研究展望66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-70

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本文编号：836851