带面板的对称干硬填筑坝与混凝土面板堆石坝的比较.pdf
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1、2 0 1 4年 3月 水 利 水 电快报 E WR HI 第3 5卷第 3期 文章编号 : 1 0 0 6 - 0 0 8 1 ( 2 0 1 4 ) 0 3 - 0 0 3 1 -03 带面板的对称千硬填筑坝与 混凝土面板堆石坝的比较 伊朗 M E 奥姆兰 等 摘要: 带面板的对称干硬填筑坝( F S H D) 和混凝土面板堆石坝( C F R D) 均适宜建在坝基较差的坝址地 带。对两种坝型的特性、 技术参数和安全性等进行 了详细描述和对比分析, 研究结果表明, 带面板的对称 干硬填筑坝的 变形量相 对要 小 , 建坝成本更低 。 关键词: 干硬填筑坝; 混凝土面板堆石坝; 性能对比;
2、对比分析 中图法分类号 : T V 6 4 1 4 文献标志码 : A 1 概述 设计一座新坝 , 首要 的一步就是要根据现场独 特的地形地质条件来确定合适 的坝型 , 然后根据技 术 、 经济 、 环境条件和社会 因素等确定大坝的最优设 计。 对于不 良坝基的坝址 , 大坝断面最好设计成梯 形断面 , 这样 , 其 自重一般就比常规重力坝更重而无 需靠建基面上 的高抗剪强度来满足抗滑安全要求。 带面板的对称干硬填筑坝 ( F S HD) 和混凝土面板堆 石坝 ( C F R D) , 其断面均为对称的梯形 , 上游铺设 的 混凝土面板 , 能防止库水透过坝体向下游渗漏。 本文重点对 F S
3、H D和 C F R D两种坝型的特性进 行 比较与评估 。方法为采用有限元分析软件对这两 种坝型分别进行静态和动态分析 , 并评估两种坝型 在承受静荷载和动荷载情形下 的安全性。最后 , 从 技术上和经济上对这两种坝型进行比较和评估 。 研究成果表 明, F S HD和 C F R D都能很 好地 承 受外荷载 , 但 F S H D的变形比 C F R D小 , 另外在多发 性洪水的河流上 , 建 F S HD比 C F R D更经济 。 2 两种坝 型的特点 F S H D是一种较新的坝型 , 1 9 9 2年 由 日本首建 , 称作 C S G, 即胶凝砂砾石坝 。这种坝是采用低成本
4、的胶凝砂砾石 材料建 成 , 称为干硬 填筑 坝。F S HD 有下列一些优点 : 安全性高 、 抗震性强 、 坝基要求不 收 稿 日期 : 2 0 1 4 0 1 0 5 高 、 施工简便 、 工期不长 , 而且对环境的负面影 响最 小 。 由于大坝断面为梯形 , 所以这种坝型的 自重量 和抗剪强度面 比传统的重力坝要大得多( 见图 1 ) 。 同时由于坝基抗剪强度较高 , 无需再满足抗滑稳定 的安全要求 , 这也就意 味着这种坝甚至可建在不 良 的坝基上。 图 1 胶凝砂砾 石坝 断面 C F R D当然更受青睐, 现已风行全世界 , 特别是 在大雨或暴雨经常光顾和不透水黏土缺乏的地带更
5、是如此 。C F R D在过去的 4 0 a中之所以得以广泛运 用 , 原因就在于与内置土心墙的堆石坝相比, 其成本 更低 , 性能更高。 现代堆石坝 的设计 , 包括 C F R D现代设计 的精 髓 , 都已载入坝工设计 的史册 , 因此 , 往往有必要根 据历史上其他大坝的实际性能资料来评判现代大坝 31 2 0 1 4年 3月 水 利 水 电快 报 E WR HI 第3 5卷第 3期 的特性。近年来 , 人们 对 C F R D的特性 、 设计 、 施工 和性状等进行 了大量的研究。现在 , C F R D高坝遍 布世界各地 , 例如, 1 9 6 7年美 国建 的 1 5 5 I n
6、高 的新 埃克斯钱吉( N e w E x c h a n g e r ) 坝 、 1 9 9 3年墨西哥建的 1 8 7 m高的阿瓜米尔帕( A g u a mi l p a ) 坝、 2 0 0 8年 中国 建的 2 3 3 m高的水布垭坝等 。 3 F S H D和 C F R D的有 限元模型 为评估 F S H D和 C F R D这两种坝型承受外荷载 的安全性 , 作者采用有限元模型进行 了研究 , 并选用 了伊朗卡海尔 ( K a h i r ) 坝的常规 特性 ( 几 何形 态) 、 坝基材料特性 、 坝高和库水位等参数 , 建立 了两个模 型( 两坝型研究 的详细数据见表 l
7、和表 2 ) 。 表 1 F S HD和 C F R D模型 的几何特性 表 2 有 限元模型 的特性参数 项 目 麓 MP 冀 a 翟 M P 薹 a 凝 k 聚 P 力 a 骸零 卡海尔坝建在伊 朗东南部 的卡海尔河 上, 按预 定计划于 2 0 1 2年开工。该坝 6 8 m高, 坝顶宽 4 m, 坝底宽7 1 9 m。上 下游 坝坡均 为0 7 H: 1 V , 是伊 朗 的第 一座 F S H D。坝 址所 在 的流 域 面积 为 4 5 9 6 k m , 流域年均降水量为 1 5 0 m m。 采用 了 A N S Y S有 限元分析软件对该 F S H D进 行模拟。建立了二维
8、有限单元 , 分别进行静态 和动 态分析。坝体 ( 干硬填筑坝体 ) 、 混凝 土面板 和坝 基 , 均采用 实体结构 单元 P L A N E 8 2 , 共 8个结 点。 采用接触面单元模拟坝体 和混凝土面板 问的单元。 有限元模 型具有平 面变形 的特性。另 外还假定坝 体 、 混凝土面板和坝基均为弹性材料 。 采用 P L A X I S有 限元 软件进行 C F R D的模 拟 , 并建立 2 D有 限元模 型进行静 态和动态 分析。坝 体 、 混凝土面板和坝基采用 6结点单元 。坝体 和混 凝土面板间的单元为接触面单元 。有限元模 型具有 平面变形的特性。同样假设混凝土面板和坝基为
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