堆石流变对混凝土面板堆石坝蓄水期应力变形的影响分析.pdf
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1、笙 塑 璺笙 三 2 0 1 5 年1 1 月 中国水能及 电气化 Ch i n aWa t e r Po we r& El e c t r i fic a t i o n No I l ( T OT A LNo 1 2 8 ) N0 v 2 01 5 D OI :1 0 1 6 6 1 7 j c n k i 1 1 - 5 5 4 3 T K 2 0 1 5 1 1 0 1 8 堆石流 变对 混凝 土面板堆石 坝蓄水期 应力变形 的影 响分析 金棋武 江晓一 ( 1 浙江省水利水电工程质量与安全监督管理中心,浙江 杭州3 1 0 0 1 2 ; 2 中国国电集 团温岭江厦潮汐试验电站,浙江
2、 台州 3 1 7 5 2 8 ) 【 摘要】 本文对双溪 口 面板堆石坝在蓄水期采用三维非线性弹性有限元法进行 了应力变形计算。观察坝体、 面板的应力和变形情况,并就堆石流变对坝体、面板应力和变形的影响进行 了分析研究。结果表明:考虑堆石 的流变效应后,坝体变形有所增加,特别是对面板的应力变形状态影响很大。可见蓄水后的堆石料流变对面板 堆 石坝 的安全 影响重大。 【 关键词】 混凝土面板堆石坝;蓄水期;堆石流变;应力应变 中图分类号 :T V 6 4 1 4+ 3 文献标识码 :A 文章编号 :1 6 7 3 - 8 2 4 1 ( 2 0 1 5 )1 1 4 1 0 6 1 - 0 5
3、 I mp a c t a n a l y s i s o f r o c k fi l l r h e o l o g y o n c o n c r e t e f a c e r o c k fil l d a m s t r e s s d e f o r ma t i o n d u r i n g i mp o u n d me n t p e r i o d J I N Q i w u , J I A N G X i a o y i ( 1 Z h e j i a n g Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d H y d r o p o w e
4、 r E n g i n e e r i n g Q u a l i t y a n d S a f e t y S u p e r v i s i o n Ma n a g e me n t C e n t e r,Han g z h o u 3 1 0 01 2,Ch i n a; 2 C h i n a G u o d i a n G r o u p W e n l i n g J i a n g x i a E x p e r i me n t a l T i d a l P o w e r S t a t i o n ,T a i z h o u 3 1 7 5 2 8 ,C h i
5、 n a ) Ab s t r a c t :3 D n o n l i n e a r e l a s t i c fi n i t e e l e me n t me t h o d i s a d o p t e d i n S h u a n g x i k o u f a c e r o c k f i l l d a m d u d n g i mp o u n d me n t p e ri o d f o r s t r e s s d e f o r ma t i o n c a l c u l a t i o n S t r e s s a n d d e f o r ma
6、 t i o n o f d a m b o d y a n d p a n e l are o b s e r v e d I n f l u e n c e o f r o c ldi l l t h e o l o g y o n d a m a n d p a n e l s t r e s s a n d d e f o rm a t i o n i s a n aly z e d a n d s t u d i e d Re s u l t s s h o w t h a t a f t e r c o n s i d e ri n g t h e r h e o l o g y
7、e f f e c t o f r o c k fi l l ,d a m d e f o rm a t i o n i s s l i g h t l y i n c r e a s e d,a n d t h e i n fl u e n c e o n p a n e l s t r e s s d e f o r ma t i o n s t a t e i s g r e a t I t i s o b v i o u s t h a t t h e r o c k fi l l t h e o l o g y h a s s i g n i fi c a n t i nfl u e
8、 n c e O H s a f e t y o f f a c e rec k fi l l d am a f t e r i mp o u n d i n g Ke y wo r d s :c o n c r e t e f a c e r o c k f i U d a m ;i mp o u n d me n t p e ri o d;r o c k f i l l r h e o l o g y;s t r e s s a n d s t r a i n 混凝土 面板 堆石坝堆 石材料 占坝体 总体积 的 9 0 以上 ,堆石体的变形直接关系到面板强度标准及 裂缝控制、止水要求 ,甚
9、至危及坝体的稳定。我国已 本研究为浙江省水利厅科技计划项 目 ( R C 1 3 2 7 ) 。 建并投入运行 的面板堆石坝 中 ,通过原 型观测 ,堆石 的流变现象均 较为 明显 H 。本文 对双 溪 口面板 堆石 坝在蓄水期采用三维非线性弹性有限元法进行了应力 67 科学研究及工程设计 S c i e n t i fi c Re s e a r c h E n g i n e e r i n g De s i g n 变形计算 ,并对 考虑流变效应 和不考 虑流变效应两种 情况下坝体及面板应力和变形 的不同结果作 了比较分 析 ,以此探讨 堆石流变对混凝 土面板 堆石坝 的影 响。 1 流
10、变产生机理及堆石流变本构模型 1 1 流变产生机理 混凝土面板堆石坝堆石料颗粒之间的连接方式 为 简单的邻接接触和交合连接,随着时间的推移 ,堆石 料在大坝高应力作用下 ,可能因颗粒 破碎或滑移而 不 断地产生新的变形,使堆石颗粒之间的变形和应力经 过 自身的调整后 达到新 的平衡 ,宏观上 大坝会产生竖 向和水平位移。对面板堆石坝而言 ,即使在坝体蠕变 变形 和位移 量较小 的情 况下 ,在相对很 薄的刚性面板 中产生的附加应力也可能导致面板开裂或压碎 ,使面 板漏水而失效。 1 2 堆石流变本构模型 现阶段大坝 的流变变形分析主要采用过应 力模型 和滞后变形两种模型 。 应力理论最 早 由
11、 P e r z y n a ( 1 9 6 6年 )提 出,将 屈 服面和土的黏滞性结合,1 9 7 9年 Z i e n k i e w i c z 等进一 步完善并提出了相应的数值计算方法。滞后变形的概 念最早由 B j e I T U m ( 1 9 6 7年 )提出,它假定材料的黏 性只与弹 性相 联 系 ,任 何一 个 弹塑 性模 型加 上蠕 变 项 ,即得到相应 的滞后变形模型 。国 内沈珠江于 1 9 9 4 年在双屈服面模型的基础上 ,提出了一个加上 开尔文 模型的蠕变项 ,组成滞后变形模型。 采用滞后变形理论考虑堆石料 的蠕变特性 ,用 初 应变法计算土体的黏滞荷载,直接采
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