复杂地质地形条件下面板堆石坝应力变形特性研究

摘要

随着水电工程的开发，一些面板堆石坝不得不建在深厚覆盖层、深切河槽、古河床阶地、高陡边坡等不良地基上。复杂地质地形条件下修建面板堆石坝己成为坝工建设面临的新挑战，其应力变形状态往往更复杂。本文在对深厚覆盖层及复杂地形上已建而板堆石坝变形特点分析的基础上，采用非线性有限元法研究深厚覆盖层及古河床阶地上面板堆石坝应力变形特性。讨论深厚覆盖层中防渗墙的受力特点，分析了不同材料防渗墙的应力变形特性。最后以坝址存在深切河槽、古河床阶地及深厚覆盖层的某面板堆石坝为工程实例，对古河床阶地拟定两种岸坡处理方案分析坝体应力变形差异。本文的主耍研究内容和成果如下： (1)统计分析了深厚覆盖层及复杂地形上已建面板堆石坝变形特点。结果表明，国内覆盖层上已建的面板堆石坝最大沉降位置一般位于0.4倍坝高以下，最大沉降位置随着覆盖层厚度的增加向坝体底部偏移，面板开裂主要出现在岸坡转折和基坑起伏变化剧烈处。 (2)分别建立深厚覆盖层及古河床阶地上面板堆石坝三维有限元模型，分析了面板堆石坝的应力变形特点。结果表明，深厚覆盖层上而板堆石坝采用防渗墙防渗时，竣工期坝体向上游水平位移小于向下游水平位移，蓄水后坝体水平位移指向下游，坝体最大沉降靠近坝体底部。古河床阶地对其上部堆石和面板有一定的托抬作用，其上部面板轴向位移非常小。古河床阶地平台转角处坝体应力呈拱形上抬，转角处应力大于该高程其他部位应力，面板在转角处有明显的应力集中。 (3)揭示了深厚覆盖层上面板堆石坝防渗墙的受力特点，分析了不同材料防渗墙应力变形特性。结果表明深厚覆盖层上面板堆石坝防渗墙为弯压组合结构，竣工期不同材料防渗墙水平位移差异不大，普通混凝土防渗墙和低弹模混凝土防渗墙下游面底部存在中性点。蓄水期随着防渗墙柔性的增加其水平位移显著增大，普通混凝土防渗墙水平位移最小，高聚物防渗墙水平位移最大。 (4)工程实例分析表明，古河床阶地和深切河槽共同影响下坝体轴向位移分布极其不对称。采用碾压干贫混凝土修整古河床阶地能有效改善坝体变形和面板受力，古河床阶地上部坝体沉降和水平位移明显减小，最大沉降位置上移，轴向位移变化分布均匀。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 复杂地质地形条件下面板堆石坝研究现状

1.2.2 复杂地质地形条件下防渗墙应力变形特性研究现状

1.2.3 不同材料防渗墙特性研究现状

1.3 目前研究存在的不足

1.4 本文研究目的及内容

2 复杂地质地形条件下已建面板堆石坝变形特点分析

2.1 深厚覆盖层物理力学特性分析

2.2 深厚覆盖层上已建面板堆石坝变形特性

2.3 复杂地形上已建面板堆石坝运行现状

2.4 复杂地形上修建面板堆石坝的工程措施

2.5 本章小结

3 复杂地质地形条件下面板堆石坝应力变形特性分析

3.1 复杂地质地形条件下面板堆石坝数值分析方法

3.1.1 材料本构模型

3.1.2 施工过程及分级蓄水模拟方法

3.1.3 接触面及接缝计算模型

3.2 深厚覆盖层上面板堆石坝应力变形分析

3.2.1 计算模型

3.2.2 计算结果分析

3.3 古河床阶地上面板堆石坝应力变形分析

3.3.1 计算模型

3.3.2 计算结果分析

3.4 本章小结

4 深厚覆盖层上面板堆石坝防渗墙应力变形特性分析

4.1 深厚覆盖层上面板堆石坝防渗墙受力分析

4.2 不同材料防渗墙的特性

4.2.1 普通混凝土防渗墙的特性

4.2.2 低弹模混凝土防渗墙的特性

4.2.2 塑性混凝土防渗墙的特性

4.2.4 高聚物防渗墙的特性

4.3不同材料防渗墙应力变形特性分析

4.3.1 计算模型

4.3.2 计算结果分析

4.4 本章小结

5 工程实例

5.1 工程主要特点

5.2 坝基处理方法及计算方案

5.3 数值计算模型

5.4 竣工期计算结果分析

5.4.1 坝体应力变形分析

5.4.2 面板应力变形分析

5.4.3 防渗墙应力变形分析

5.5 蓄水期计算结果分析

5.5.1 坝体应力变形分析

5.5.2 面板应力变形分析

5.5.3 防渗墙应力变形分析

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间主要研究成果