狭窄河谷高面板堆石坝应力变形特性研究

摘要

混凝土面板堆石坝作为一种颇具竞争力的坝型，经过二十多年的发展得到了广泛应用，其筑坝技术正向着更高、更难的方向发展。随着我国水电开发的重点逐步转向西部高山峡谷地带，坝址选择的地形条件将日益受到限制，越来越多的高面板堆石坝工程将不得不面对狭窄河谷这样的特殊坝址地形条件，地形条件将是影响面板堆石坝应力变形的重要因素之一。因此，准确预测并掌握建于狭窄河谷中的高面板堆石坝的应力变形特性，对在狭窄河谷中修筑高面板堆石坝的筑坝技术的发展具有重要意义。
　　首先，本文对已建的位于狭窄河谷中的高面板堆石坝工程进行了实例分析，归纳总结出影响狭窄河谷中高面板堆石坝应力变形的主要因素，进而分析提出本文的研究重点:不同河谷宽高比和不同堆石料填筑标准对狭窄河谷中高面板堆石坝应力变形特性的影响。
　　其次，本文通过对有限元建模分析关键问题的分析研究，在以洪家渡面板堆石坝工程为例进行有限元分析计算的基础上，通过建立不同河谷宽高比下典型的三维有限元计算模型，研究不同的河谷宽高比对面板堆石坝应力变形特性的影响。结果表明，不同河谷宽高比对狭窄河谷中高面板堆石坝应力变形的影响主要表现在应力变形的数值上，随着河谷宽高比的减小，坝体的沉降、坝轴向位移、大小主应力及面板的挠度、坝轴向位移等均呈逐渐减小的趋势，而面板的顺坡向和坝轴向应力随河谷宽高比的减小而增大，并且越狭窄的河谷对修建于其中的高面板堆石坝应力变形产生的影响越明显。
　　再次，结合本文已建立的不同宽高比下的有限元计算模型，以堆石干密度作为衡量填筑标准的指标，通过工程类比选取五组不同堆石干密度下的材料参数，进行堆石料填筑标准对大坝应力变形特性的影响研究。结果表明，狭窄河谷中的高面板堆石坝，随着堆石料填筑标准的提高，坝体的沉降、坝轴向位移及面板的挠度、顺坡向应力、坝轴向应力等均呈逐渐减小的趋势，当堆石料填筑密度相对较低时，填筑标准的提高对改善应力变形的效果显著，而且越狭窄的河谷中填筑标准的提高对面板应力的改善越为明显。
　　本文对狭窄河谷中不同河谷宽高比和不同填筑标准下高面板堆石坝应力变形特性进行了有益的探索，计算分析所得成果对类似的工程建设具有一定的参考和应用价值。

目录

声明

摘要

1 综述

1．1 面板堆石坝及其发展现状

1．2 面板堆石坝未来发展及挑战

1．3 狭窄河谷中的高面板堆石坝

1．4 研究现状及存在问题

1．4．1 混凝土面板堆石坝结构分析概述

1．4．2 狭窄河谷高面板堆石坝研究现状及存在问题

1．5 研究目的及内容

1．5．1 研究目的

1．5．2 研究内容

2 狭窄河谷高面板堆石坝工程实例分析

2．1 龙首二级(西流水)面板堆石坝

2．1．1 工程概况

2．1．2 大坝设计与施工特点

2．1．3 大坝应力变形特征

2．2 三板溪面板堆石坝

2．2．1 工程概况

2．2．2 大坝设计与施工特点

2．2．3 大坝应力变形特征

2．3 狭窄河谷高面板堆石坝应力变形的一般规律

2．4 本章小结

3 狭窄河谷对高面板堆石坝应力变形的影响因素分析

3．1 拱效应的影响

3．2 坝址处河谷狭窄程度的影响

3．3 堆石料填筑标准的影响

3．4 堆石流变特性的影响

3．4 本章小结

4 面板堆石坝应力变形分析关键问题研究

4．1 面板堆石坝应力变形分析的关键问题

4．2 材料本构模型及其选择

4．2．1 堆石料的本构模型

4．2．2 面板及趾板混凝土的本构模型

4．3 面板接缝及面板与垫层接触面的有限元模拟

4．3．1 接缝计算模型

4．3．2 接触面计算模型

4．4 施工分级加载及蓄水过程模拟

4．4．1 施工分级加载模拟

4．4．2 蓄水过程模拟

4．5 材料非线性问题的有限元解法

4．5．1 材料非线性问题的有限元基本方程

4．5．2 材料非线性问题的有限元解法

4．6 本章小结

5 应用实例

5．1 工程概况

5．2 实例分析目的及分析方案

5．3 实例大坝的应力变形有限元分析

5．3．1 有限元模型

5．3．2 计算参数

5．3．3 计算工况

5．3．4 计算结果及分析

5．4 不同河谷宽高比下大坝应力变形的有限元模拟分析

5．4．1 计算方案

5．4．2 分析模型

5．4．3 计算结果及分析

5．4．4 不同河谷宽高比方案的计算结果比较

5．5 不同堆石料填筑标准下大坝应力变形的有限元模拟分析

5．5．1 计算方案

5．5．2 分析模型

5．5．3 计算结果及分析

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