土石坝低弹模塑性混凝土防渗墙应力变形分析.pdf
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1、第 9 期 ( 总第1 1 4 期) 中国水 能及电气化 N o 9( T 0 T A L N o 1 1 4 ) 2 0 1 4 年9 月 C h i n a Wa t e r P o we r &E l e c i tic a t i o n S e p, 2 0 1 4 土石坝低 弹模 塑性 混凝 土防渗墙 应 力变 形 分 析 杨 洋 ,黄德强 ( 1 重庆市弘禹水利咨询有限公 司,重庆4 0 0 0 7 4;2 中国水电顾问集团华东勘测设计研究院, 杭州3 1 0 0 1 4 ) 摘 要:本文结合福建南安坂头水库大坝防渗墙工程实例,针对低弹模塑性混凝土的特点,对修筑塑性混凝土 防渗墙
2、前后的坝体进行了渗流分析,并采用非线性邓肯一张 ( E B )模型研究了大坝防渗墙在一定水位下的应 力变形特性。结果表明:低弹塑性混凝土防渗墙具有 良好的防渗性能;修建墙体后坝体蓄水期垂直位移分布规 律与竣工期相似,水平位移有向下游的趋势,坝体蓄水期大小主应力等值线趋势基本与竣工期相似;低弹塑性 混凝土防渗墙墙体拉应力随混凝土弹性模量的增大而增大,最大拉应力均位于2 5 9 0 0 m高程左右。 关键词:土石坝;低弹模;塑性混凝土;防渗墙;非线性有限元分析 中图分类号 :T V 6 4 1 文献标识码 :A 文章编号:1 6 7 3 - 8 2 4 1 ( 2 0 1 4)0 9 - 0 0
3、5 2 - 0 5 Ana l y s i s o f St r e s s De f o r ma t i o n i n Lo w El a s t i c i t y M o d ul e Pl a s t i c i t y Co nc r e t e Cu t o ff W a l l o f Ea r t h a nd Ro c k Da m YANG Ya n g , HUANG De q i a n g ( 1 C h o n g q i n g H o n g y u W a t e r C o n s e r v a n c y C o n s u l t a t i v
4、e C o , L t d ,C h o n g q i n g 4 0 0 0 7 4 ,C h i n a ;2 E a s t C h i n a E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e o f H y d r o C h i n a C o r p o r a t i o n , H a n g z h o u 3 1 0 0 1 4, C h i n a ) Ab s t r a c t :C o m b i n i n g t h e p r o j e c t o f d a m c u t o ff w a l l i n F u j i
5、 a n N a n a n B a n t o u R e s e r v o i r , a i mi n g a t t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f l o w e l a s t i c i t y mo d u l e p l a s t i c i t y c o n c r e t e,t h i s p a p e r ma k e s s e e p a g e a n a l y s i s t o t h e d a m i n t h e f r o n t a n d b a c k o f p l a s t i c
6、i t y c o n c r e t e c u t o ff wa l 1 a n d s t u d i e s s t r e s s d e f o r ma t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f d a m c u t o ff w a l l i n c e r t a i n wa t e r l e v e l w i t h n o n l i n e a r E B mo d e 1 Th e r e s u l t s h o ws t h a t l o w e l a s t i c i t y p l a s t i
7、c i t y c o nc r e t e c u t o ff wa l l ha s g o o d c u t o f f pe rfo r ma n c e: v e rti c a l d i s p l a c e me n t d i s t r i b u t i o n l a ws d u ri n g s l u i c e p e r i o d a f t e r b u i l d i n g t h e w a l l a r e s i mi l a r a s t h e t h e c o mp l e t i o n p e r i o d,a n d
8、h o ri z o n t a l d i s p l a c e me n t h a s t h e t r e n d o f g o i n g t o w a r d s l o we r r e a c h s ,b i g a n d s ma l l s t r e s s i s o l i n e t r e n d o f t h e d a m d u ri n g s l u i c e p e r i o d i s b a s i c all y s i mi l a r a s t h e c o mp l e t i o n p e r i o d ;s t
9、 r e t c h s t r e s s o f l o w e l a s t i c i t y p l a s t i c i t y c o n c r e t e c u t o ff wa l l i s i n c r e a s i n g wi t h t h e i n c r e a s e o f c o n c r e t e p l a s t i c i t y mo d u l e ,wi t h ma x i mu m s t r e s s i n t h e e l e v a t i o n o f a b o u t 2 5 9 0 0 m Ke
10、y wo r d s : e a r t h a n d r o c k d a m ; l o w p l a s t i c i t y mo d u l e; p l a s t i c i t y c o n c r e t e; c u t o ff wa l l ; n o n l i n e a r l i mi t e d e l e me n t a n a l y s i s 本研究为基 金项 目:福建省 自然科学基 金资助项 目 ( 2 0 1 1 J 0 1 3 0 9) 科 学研 究及工程设计 S c i e n t i fi Re s e mc h& E n g i
11、 n e e r i n g D e s i g n 1 概述 2 计算模型及计算参数 随着我 国水利水 电事业 的蓬勃 发展 ,混凝土 防渗 墙不断应用 于各类不 同的水工 建筑物 中,如坝 体 、险 坝加 固 、坝基 防渗 、坝后挡土等 。以往 的防渗墙材料 大都采用刚性混 凝土 ( 弹性 模量 一般在 1 0 0 0 0 MP a以 上 ) ,由于刚性混凝 土弹模 高 ,在 荷 载作 用下 ,极 限 变形能 力小 ,墙和坝基 的变形差异 大 ,致 使防渗墙 与 围岩 的应力不一致 ,墙 内产生应 力集 中现象 ,导致墙 内产生有害裂缝 ,甚至有墙体被 压碎 的可能 ,使 防渗 墙遭到损坏
12、 。在这样的背景下 国内外便 开始采用一种 新型防渗墙墙体材料 ,即塑性混凝土 ,它可解 决 以往 的刚性混 凝 土 防渗墙 的缺 陷 、 自 2 0世 纪 6 0年代 以 来 ,伴 随着施 工机械化的不断发展 、施工: I 艺 的不断 成 熟 ,塑性混凝 土防渗墙在 国内外得到 了非常 广泛 的 应用 。与刚性混凝 土 相 比,塑 性混 凝 土初 始 弹模 低 ,极限应变大 ,能适 应较大变形 ,具有必要 的强度 以及抗 渗性 ,有利于改善防渗墙体的应 力状 态 ,而 且 它能节省水泥 ,降低工程造价 ,还能就地取 材 ,便 于施工。 但是,防渗墙的计算和设计理论还不成熟 ,依然 存 在影响
13、防渗墙 应力和变形等各方面因素 ,如 防渗墙 与周围土体问的接触面特性 、防渗墙 的结构形 式 、材 料 的物理 力学性 质以及墙端约束等 ,因此需要 做进 一 步广泛而深 入的研究 。本文以福建省南安市英都镇坂 头水库除 险加 固为背景 ,通过渗流 汁算 、土石坝非线 性有 限元计算分析 ,探讨结构形式对 防渗墙 应力变形 的影响,为合理选择防渗墙设汁方案提供可靠依据。 2 1 工程概况与汁算模型 坂 头水库地 处福建省南安 市英都 镇坂头村 ,位于 晋 江西溪支 流英 溪 的上游 ,水库 总库 容 1 1 0 3万 m , 其 中 ,兴利库 容 9 3 4 5万 Il l ,死库容 7 0
14、 5万 m ,是 一 座以灌 溉为主 ,兼有 防洪 、发电 、养殖 等综合利用 功 能的中型水库。大坝 为土石坝 ,最 大坝高 5 0 3 0 m, 坝顶 高 程 3 1 2 8 8 m,防浪 墙 顶 高 程 3 l 3 8 8 m,顶 宽 5 8 m,坝顶长 2 8 5 0 m。水库正常蓄水位 3 l 0 5 8 m。 由于坂头水库工程地质情况十分 复杂 ,采 用混凝 土防渗墙方案后,针对坝体填筑土与地基覆盖层渗透 性较强 的情况 ,选取坝体填筑土和役盖层一起 采用三 维有限元分析方 法 进行 分析 。本文 计算 时选取 坝 体最大断面 ,计算工况为正常蓄水位 。计算剖 面及材 料分 区情况
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