混凝土防渗墙刚度对墙体内力及变形影响研究.pdf
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1、理论研究水利技术监督 年第 期:/混凝土防渗墙刚度对墙体内力及变形影响研究夏伟才 夏 晔(水利部农村电气化研究所 浙江 杭州 水利部农村水电工程技术研究中心 浙江 杭州)摘要:为分析混凝土防渗墙在弹性模量对墙体稳定性的影响 采用数值模拟法分析了防渗墙弹性模量对墙体的内力及变形影响 结果表明:混凝土弹性模量对墙体的水平变形影响不显著 对墙体的竖向变形影响显著 防渗墙竖向变形随高程的增大而增大 弹性模量越小 变形越显著 防渗墙应用时 弹性模量尽量与坝体的接近 两者有较好的协调变形能力 研究结果为大坝防渗提供参考关键词:混凝土防渗墙 弹性模量 数值模拟 内力及变形中图分类号:文献标识码:文章编号:(
2、)收稿日期:作者简介:夏伟才(年)男 高级工程师:防渗墙是大坝水利工程中重要的防渗措施 防渗墙根据其弹性模量的差异可分为刚性防渗墙和塑性防渗墙两种 其中刚性防渗墙具有刚度大抗变形能力强的优点 但对于与坝体的协同变形方面较差 而塑性防渗墙刚度较小 但可以与大坝协调变形从而避免较大的应力集中 陈强和王珂基于数值模拟系统的研究了防渗墙弹性模量差异对防渗墙内力及变形的影响 结果表明 随着弹性模量的增大 防渗墙的最大压应力随弹性模量的增大而增大 其中最大压应力出现在防渗墙底部 此外 较小的弹性模量对于大坝的正常运营比较有利 但实际工程中 防渗墙的弹性模量不得小于 马晓华等基于 中多孔介质材料模型系统的研
3、究了坝体土体和防渗墙模量变化对防渗墙应力变形的影响 结果表明 当防渗墙的弹模小于 时墙体应力随防渗墙弹性模量的变化不敏感 反之墙体的应力分布较敏感 黄晓采用室内土工试验系统的研究水工防渗墙塑性混凝土强度影响因素结果表明 水泥最佳掺量为 /黏土的掺量应大于/在满足混凝土塑性变形性能的情况下 应适当减小膨润土的掺量 王正成等基于数值模拟研究了深厚覆盖层弱透水层对防渗墙防渗效果的影响 结果表明 板封闭式的防渗墙可以有效减小坝基渗流及坝基出逸坡降 实际工程中 防渗墙和弱透水层联合防渗能显著提高垂直防渗墙的控渗效果 李续楠等基于三维有限元法分析了红粘土塑性混凝土防渗墙的应力变形规律结果表明 防渗墙的应力
4、应变均在合理范围内 大部分顺河向变形协调性较好且防渗效果显著本文建立数值计算模型 系统的研究了混凝土防渗墙弹性模量的差异对防渗墙内力及变形的影响 研究结果可为大坝防渗墙的设计及加固提供参考 工程概况与数值模型某水库坝体覆盖层透水坝基高达 坝基覆盖层采用混凝土防渗墙进行处理 设计防渗墙厚度为 深度为 坝体结构采用黏土填筑高度约为 设计水位为 模型典型剖面如图 所示选取典型断面进行建模分析 防渗墙及大坝填筑采用分层施工 模型的临水侧为水头边界 背水侧及提及侧为逸出边界 模型四周约束水平方向的位移 底部越散 个方向的位移 加载前采用地应力平衡进行处理 模型网格采用 节点 单元网格 为了模拟防渗墙和岩
5、土体的接触 本文在两者之间设置了 接触单元 最终模型的网格总数为 个 节点单元为 个 模型方向为假定河水流向为 轴 与河水流向垂直的为 轴防渗墙以及岩土体本构为邓肯 张模型 考虑灌浆帷幕与排水棱体接触面积较小 因此建模和计算中忽略了该部分 计算模型中材料参数见表 年第 期水利技术监督理论研究通常防渗墙混凝土的弹性模量对墙体的内力及变形有很大的影响 比如 弹性模量过大的刚性防渗墙虽然能有较大的刚度 但是和大坝的协调变形能力较差 而弹性模量较小的混凝土 刚度相对较小 但是变形能力较好 为了充分研究混凝土弹性模量的差异性对墙体内力及变形的影响 本文分别计算了 种不同的混凝土弹性模量的结果 分别为 和
6、 的刚性混凝土防渗墙 和 的塑性混凝土防渗墙图 大坝典型剖面图表 材料物理力学参数汇总材料重度/(/)填土 原状土 细砂 圆砾土 砂砾土 结果与分析 防渗墙变形规律图 汇总的到不同弹性模量混凝土防渗墙在蓄水期间的变形规律 图()结果表明 防渗墙的水平位移随高程的增大而水平位移逐渐增大 但当墙的高程在 以下时 水平位移增大趋势不明显 当防渗墙高程大于 时 抢的变形速率迅速增大 总体来看 混凝土弹性模量对墙体的水平位移影响不显著 最大差异仅为 其中墙的最大水平位移发生在墙顶位置 最大值约为 而墙底由于受到强约束作用 位移基本为零 混凝土弹性模量对墙体的水平位移影响不显著的原因主要是由于覆盖层变形受
7、上覆填土荷载影响导致的 图()结果表明 防渗墙弹性模量对墙体的竖向变形影响比较显著 其中 刚性防渗墙的竖向位移随高程基本不变 且变形基本为 而塑性混凝土墙随高程的增大而显著增大 墙体弹性模量越小 变形越显著 其中弹性模量为 时墙体的最大位移为墙顶的 弹性模量为 时 墙体的最大位移为墙顶的 图 防渗墙变形规律 防渗墙内力分析图 汇总得到了蓄水前后防渗墙在最大和最小主应力分布规律 图()结果表明 蓄水前墙体最大主应力随高程增大而呈减小趋势 但在高程介于 范围内 应力分布有所波动 总体来看 混凝土弹性模量对墙体最大主应力的分布规律影响不显著 在墙顶位置出现较小的拉应力 其中最大压应力为墙底的 墙顶位
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