土坝混凝土防渗墙侧壁负摩阻力分析.pdf
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1、第l 0 期 ( 总第1 2 7 期) 中国水能 及电气化 而 No 1 0 ( TOTAL No 1 2 7) 2 0 1 5 年 1 0 月 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 0 0 1 9 土坝混凝土防渗墙侧壁负摩 阻力分析 程素珍 杜 滨 刘莉莉 ( 山东省水利科学研究院,山东济南2 5 0 0 1 3 ) 【 摘要】 混凝土防渗墙是土坝防渗加固比较常用的方法,但由于墙体和两侧坝体的弹性模量、强度差异较大, 在上覆荷载作用下墙体与土体之间产生不均匀沉降,使防渗墙侧壁出现负摩阻力,其应力甚至达到材料的极 限
2、 抗拉强度,造成墙体出现裂缝,防渗效果降低。本文以崮山水库为例,采用有限元法分析防渗墙的受力状态, 探讨了模量比值 k的变化对墙体负摩阻力的影响、相对沉降与负摩阻力的关系、中性点的位置等,为防渗墙的 运行管理提供理论支持。 【 关键词】 防渗墙;负摩阻力;分析 中图分类号 :T V 5 4 3+ 8 2 文献标识码 :A 文章编号 :1 6 7 3 - 8 2 4 1 ( 2 0 1 5 1 1 0 - 0 0 6 6 - 0 5 Ana l y s i s o n n e g a t i v e f r i c t i o n r e s i s t a nc e o f e a r t h
3、 d a m c o nc r e t e c ut o f f wa l l s i de wa l l s C HENG S u z h e n,DU B i n,L I U L i l i ( S h a n d o n g Wa t e r C o n s e r v a n c y S c i e n t ifi c R e s e a r c h I n s t i t u t e , J i n a n 2 5 0 0 1 3 ,C h i n a ) Ab s t r a c t :C o n c r e t e c u t o ff wa l l i s a mo r e c
4、 o mmo n l y u s e d me t h o d i n e a r t h d a m a n t i s e e p a g e r e i n f o r c e me n t Ho w e v e r e l a s t i c mo d u l u s a n d s t r e n g t h d i f f e r e n c e s o f wa l l s a n d d a m b o d i e s o n b o t h s i d e s a r e g r e a t e r Un e v e n s e t t l e me n t i s p r
5、o d u c e d b e t we e n t h e w a l l s a n d s o i l u n d e r t h e e f f e c t o f o v e rly i n g l o a d, t h e r e b y n e g a t i v e f r i c t i o n r e s i s t a n c e i s p r o d u c e d o n t h e s i d e wa l l s o f c u t o ff wa l l ,a n d t h e s t r e s s e v e n c a n r e a c h u l
6、t i ma t e t e n s i l e s t r e n gth o f t h e ma t e ri a l s ,t h e r e b y l e a d i n g t O c r a c k s o n t h e w a l l s a n d l o w s e e p a g e c o n t r o l e f f e c t I n t h e p a p e r ,Gu s h a n Re s e r v o i r i s a d o p t e d a s a n e x a mp l e F i n i t e e l e me n t me t
7、h o d i s a d o p t e d t O a n a l y z e t h e s t r e s s s t a t e o f c u t o ff w a l 1 I n fl u e n c e o f t h e c h a n g e o f mo d u l u s r a t i o k t o t h e n e g a t i v e f r i c t i o n r e s i s t a n c e o f w a l l s , r e l a t i o n s h i p b e t w e e n r e l a t i v e s u b s
8、 i d e n c e a n d n e g a t i v e f r i c t i o n r e s i s t a n c e ,p o s i t i o n o f n e u t r a l p o i n t ,e t c a r e d i s c u s s e d ,a n d t h e o r y s u p p o r t i s p r o v i d e d f o r o p e r a t i o n a n d ma n a g e me n t o f c u t o ff w al1 Ke y wor d s:c ut o ff wa l l ;
9、n e g a t i v e f ric t i o n r e s i s t a n c e;a na l y s i s 防渗墙是修筑在土石坝和松散覆盖层 中起防渗作 用的地下连续墙,因其防渗效果好 、施工速度快、结 构可靠等优点 ,成为山东省土石坝 防渗处理 的首 选工程措施。但是防渗墙主要是以水泥为胶凝材料的 混凝土构筑物,即使采用黏土取代普通混凝土中的大 部分水泥形成的塑性混凝土浇筑防渗墙 ,其变形模量 与坝体土也差异较大,坝体在 自身沉降过程中,墙体 变形小 ,坝体变形大 ,当坝体土相对墙体产生向下的 位移 时 ,土体就会对墙体产生 向下 的摩 阻力 即负摩 阻 力 ,当负摩
10、阻力 大于墙体材料 的抗拉 强度时 ,防渗 墙就会出现开裂 ,裂缝的出现会严重降低墙体的防渗 性能 ,甚至产生流土 、管涌等水力破坏现象 。随 科学研究及工程设计 ! f i ! 。 r c h &E n g i n e e r i n g D e s i g n 墙体深度的增加 ,相对沉降会逐渐减小,负摩阻力逐 渐消失 ,在墙体和其两侧的土体沉降相等处 ,摩阻力 为零 ,该点即为 中性点 ,中性点以上墙体受负摩阻 力,以下受正摩阻力。因此 ,分析防渗墙中性点的位 置、负摩阻力的大小、墙体材料的变形模量对墙体受 力状态的影响等对评价防渗墙的安全状态至关重要。 本文结合崮山水库大坝安全鉴定,分析
11、了防渗墙侧壁 摩阻力的变化,评价了墙体的工作状态。 1 工程概况 崮山水库位于威海市环翠区,枢纽工程由大坝、 溢洪道、放水洞 、电站等组成 ,工程规模为 等,主 要建筑物为 3级。大坝系壤土心墙砂壳坝,坝顶长 3 8 5 m,坝顶高程 2 8 8 m,最大坝高 2 0 3 m。是一座集 防洪 、供水、养殖、发 电等综合效益于一体 的中型 水库 。 坝体内采用黏土心墙防渗,心墙顶高程 2 8 1 0 m, 顶宽 2 m,上下游坡比为 1 : 0 4 。心墙和坝基砂内构筑 混凝土防渗墙 ,墙体位于坝轴线,墙长 1 5 0 r n ,厚度 0 6 m,上部埋入黏土心墙 内,顶高程 2 5 0 0 m
12、,坝基 砂 内平均 深 度 1 2 7 1 i n ,底 部嵌 入 基 岩 1 2 0 m,墙 体 材料为 C 1 0素混凝土,设计轴心抗 拉强度 6 5 0 k P a , 设计 轴 心抗 压 强度 5 M P a ,弹性模 量 E =4 0 0 1 0 0 0 M P a ;渗透系数小于 1 1 0 c m s 。 水库建成后不久,坝体出现了较大沉降,最大沉 降量达 8 4 5 e ra,且坝顶 出现裂缝。水库经多年运行 后 ,现状沉降基本稳定 ,但是防渗墙与墙两侧土体弹 性模量差异较大 ,由于沉降差异 ,墙体侧壁易出现负 摩阻力 ,当负摩阻力大于墙体抗拉强 度时 ,可引起 墙 体裂缝 。
13、因此 ,采用有 限单元法对防渗墙侧 壁负摩 阻 力进行模拟计算 ,评价墙体的应力状态。 2防渗墙应力分析 防渗墙应力计算采用 D u n e a n E 模型,它是一 种非线性应力应变关系模型 ,两个基本变 量为切线 杨 氏模量 E 和切线体积变形模量 B , E 、 B 表达式分 别 为 : E = 。( ) ( 1 s ) 、P d , Kb P 。 ( ) ( 1一 3 ) 一 ( o r 一( r 3 ) , 式 中 K模量参数 ; n无 因次指数 ; P 大气压力 ; R , 破坏 比; K 待定试验常数; 曰 体积模量系数; m 体积模量指数; 5 应力水平。 由E 、 B 作为参
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