九甸峡混凝土面板堆石坝应力变形分析.pdf
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1、九 甸 峡 混 凝 土 面 板 堆 石 坝 应 力 变 形 分 析 徐泽平1,王志强2,吕生玺2 (1中国水利水电科学研究院,北京100048; 2甘肃省水利水电勘测设计研究院,甘肃兰州730000) 摘要:九甸峡水利枢纽工程混凝土面板堆石坝是目前国内建在深厚覆盖层上的最高断板坝最大坝高133m 。坝 址D (岸坡陡峭,地形、地质条件复杂,大坝的应力应变状态对工程的安全和运行至关重要。大坝i 维有限元数值分 析研究表明,采用在深厚覆盖层中防渗墙截渗、平趾板柔性连接、覆盖层加固处理、软基平趾板的设计方案,坝体 沉降变形、面板应力及变形形态虽与趾板建于基岩上的混凝七面板坝有所差别,但其变形量及应力
2、水平基本适中, 通过采取适肖的工程措施可以保证大坝安全,达到节省工程投资、加快工程进度的目的。 关键词:面板堆石坝;堆石体;非线性有限元;应力变形;本构模型;九甸峡水利枢纽工程 St ressandDef orm at i onA nal ys i sofJi udianxi aConcr eteFaceRock彻D am X uZepin91,W angZhi qi angz,Lu Shengxi 2 (1Chi naI nst i tut eofW aterR esour cesandHydropowerResearch,Beijing100048; 2G ansuW aterC ons
3、er vancyandH ydropow erInvest i gat i onandD esi gnInst i t ut e,LahzhouG ansu730000) A bst ract:The133m hi ghJi udi anxi aD amiscurrent l yt hehi ghestCFR Ddambui l tondeepoverburdeninC hinaA st he com pl ext opographi candgeol ogi cal condi t i ons i ndamsit et hest ress-st rai nofdamisi m port an
4、tto proj ect securi t y1he s tr essanddeform at i onoftIedamw a s anal yzedby t hreedi mensi onalfi niteel em entm ethodThecutof fwal li ndeep overburdenf orseepagecont r ol ,t hehori zontal pl int h andf lexibleconnect i onandt heoverburdenrei nforcem entw er edesigned f or t hedam Thesi m ul at i
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6、t i oncanbei m proved K eyW or ds:face rockfi l ldam ;rockfi l l ;nonli nearfi niteel em ent ;st ressanddeform at i on;const i t uti vem odel ;Ji udi anxi aW at er Proj ect 中闰分类号:TV 314( 242) 穿献标识码:A文章编号:05599:342(2010) 11- 0067一04 九甸峡混凝土面板堆石坝坝址区河谷狭窄两 岸岸坡极不对称,河床分布深厚砂砾卵石覆盖层, 并有一河床深槽贯穿整个坝址深槽覆盖层最大厚 度达5
7、456In。为了满足河床深覆盖层的防渗要求, 设计采用了混凝土防渗墙垂直防渗的处理方案。该 设计方案中防渗墙与上部坝体防渗体( 面板) 的连 接是整个防渗体系的关键也是大坝一地基整个防渗 系统最薄弱的环节。必须给予足够的重视。此外, 地基覆盖层、防渗墙与上部坝体的相互作用。即上 述各部分在自重和外荷作用下。能否满足变形协调 的要求,应力是否超限也是影响大坝安全的重要 因素。本文重点围绕上述问题,通过对坝体和坝基 整体结构在不同工况下应力变形的数值分析,深入 研究了覆盖层上混凝上面板堆石坝的应力变形特性、 深覆盖层对仁部坝体变形的影响规律,以及坝体一面 板一趾板一连接板一防渗墙一覆盖层之间的静力
8、相互 收稿日期:2010-0913 作者简介:徐泽平( 196卜),男,江苏南京人,教授级高工博 士主要从事岩土T程数值分析、软作开发、大型土丁离心模型试 验、堤防下程与病险水库的安全评估及防汛指挥决策支持系统的开 发等研究工作 W at e r Pow erV0136N o11囫 墨 盈 工 遴l :=: :=: 作用性态。并对工程的结构形式进行了进一步论证。 1工程概况 九甸峡水利枢纽工程位于甘肃省卓尼、临潭两 县交界处。黄河支流洮河中游的几甸峡峡谷进口段, 距兰州市约193km 。是汁肃省引洮供水工程的龙头 水利枢纽。 枢纽工程水库正常蓄水位220200m ,校核洪 水位220511m
9、相应水库总库容943亿m 3,电站 总装机容量为300M W 。 混凝土面板堆石坝按照I 级建筑物设计。最大 坝高133m ,坝顶长232I n。宽10m ,坝体上游坡 比为1:14。下游坡比为1:13、l :14。上游设钢筋混 凝土“L”形挡墙。坝体填筑料区自上游向下游依次 为垫层区、过渡层、主堆石区、可利用区;垫层区 水平宽为4ITI。过渡层水平宽5In,面板厚度变化 从上至下为03065m ;岸坡趾板宽6m ,河床平 趾板置于覆盖层上,宽6rl l ,通过4m 宽的连接板 与上游防渗墙柔性连接。坝长与坝高比例为174。 属狭窄河谷面板堆石坝,特别是坝址左岸岸坡近于 直立对大坝的应力变形有
10、较大影响。 2计算模型 fAo-,1f 3B+E 3B E0 1fB 1 Iq5=万 面3B 3肛E3B托o l卜I 【J 【00 EJ 量;以为Y方向应力增量;占,为y方向应变增量; 反承 只(号巾一笔篙酱】。 B=K心(争) 耻鲐只f争) 圆形疵rPower V 0136N o11 式中,矿I 和03为最大、最小主应力;只为大气压 力;c和咖为强度指标;R ,为破坏比;K 为弹性模 量数:n为弹性模量指数:瓯为体积模量数;m 为 体积模量指数;K 。为卸荷弹性模量数。 22接触面及连接缝的模拟 在面板堆石坝结构中涉及到刚性的混凝土面 板与散粒体堆石之间的相互作用面,以及面板纵缝、 周边缝等
11、接缝系统在面板堆石坝的数值计算分析 中对坝体及坝基结构中各类不同材料的接触面 (包括面板与垫层、趾板与地基、连接板与地基、防 渗墙与地基等) 进行有效的处理是计算的关键。由 于接触面两侧材料性质相差悬殊。在外力作用下, 通常都会表现出与连续体不同的剪切滑移、脱开分 离等特殊的变形特征因此,在计算分析中需要采 用特殊的单元加以模拟,以可准确、真实地反映坝 体各部位相互作用的特性。 从实际工程的观测和试验室的试验中均可发现, 在两种材料性质相差悬殊的介质之间一般都会在 材料性质相对较弱的一面形成一个薄层的剪切带, 因此。采用薄层接触面单元来模拟不同材料之间的 接触情况可能会更接近实际。因此,在本文
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