软岩料填筑混凝土面板堆石坝的应力变形及稳定分析

摘要

混凝土面板堆石坝在土石坝中发展非常迅速，软岩料筑坝又是混凝土面板堆石坝的新课题。软岩料筑坝技术开发应用不仅拓宽面板堆石坝的形式和坝料的使用范围，而且提高当地材料利用率及缩短工期、节省投资。国内外均将利用软岩料作为面板堆石坝设计的重要原则，其利用率作为设计的标志之一，且今后可能提供的面板坝坝址条件也要求面板堆石坝更多地利用软岩坝料，所以软岩料的利用必然是今后发展的趋势之一。
　　 但是随着软岩料利用范围的扩大，会出现两个问题：1）软岩料区的扩大利用导致坝体沉降量增大；2）软岩料区的扩大利用会不会导致坝体下游边坡失稳。所以如何通过坝体应力变形有限元计算和稳定分析，保证沉降量在合理范围之内以及坝体下游边坡稳定的前提下，尽可能地扩大软岩料利用区的范围，使工程得到优化，成为目前软岩料筑坝的关键技术问题，也是本文研究的主要目的。
　　 本文通过工程实例分析，研究软岩料的利用条件，初步提出合理可行的软岩料填筑面板堆石坝三种分区方案。然后对面板堆石坝分别进行应力变形及稳定分析计算。
　　 (1)运用大型有限元软件ADINA对三种拟定分区方案进行三维应力变形有限元计算，对比分析不同坝体分区方案大坝应力变形的分布及变化规律，验证分区方案是否合理。
　　 (2)采用摩根斯顿一普莱斯法对面板堆石坝坝坡稳定进行计算，步骤如下：1）运用SEEP/W对三种方案进行渗流分析计算，得出各分区方案的浸润线：2）首先根据软岩料填筑面板堆石坝应力变形的三维有限元计算结果，获得大坝应力水平分布，再根据应力水平分布情况拟定软岩料填筑面板堆石坝潜在滑动面的搜索范围，然后运用SLOPE/W结合堆石料非线性抗剪强度特性对三种方案进行坝坡稳定分析计算，得出各分区方案的稳定安全系数，验证分区方案是否合理。
　　 (3)综合上述应力变形及坝坡稳定分析成果，对坝体分区方案进行综合评价，研究出相对较优的软岩料填筑面板堆石坝坝体分区方案。
　　 本文对软岩料填筑面板堆石坝的分区方案、应力变形及稳定分析进行了有益的探索，其思路及所获得的计算分析成果对类似工程具有重要的参考和应用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 混凝土面板堆石坝筑坝技术的发展现状及发展趋势

1．2 软岩料筑坝与硬岩料筑坝的工程特性差异

1．3 软岩料填筑混凝土面板堆石坝的关键技术问题及其研究现状

1．4 研究目的及意义

1．5 研究内容

2．软岩料的物理力学特性

2．1 级配

2．2 压实性

2．3 渗透性

2．4 压缩性

2．5 强度及应力应变特性

2．6 湿化变形特性

2．7 小结

3．软岩料筑坝的工程实例及坝体分区方案分析

3．1 软岩料筑坝的工程实例及问题

3．2 软岩料筑坝的基本条件分析

3．3 软岩料筑坝坝体分区方案分析

3．4 小结

4．软岩料填筑面板堆石坝渗流及坝坡稳定的分析方法

4．1 渗流分析方法

4．1．1 渗流计算方法

4．1．2 渗流有限元分析的基本原理

4．1．3 渗流自由面的求解方法

4．1．4 渗流有限元分析的基本步骤

4．2 坝坡稳定分析方法

4．2．1 基于刚体极限平衡理论的坝坡稳定分析方法

4．2．2 最危险滑动面的搜索

4．2．2 坝坡稳定计算参数的选择

4．2．2 坝坡稳定的控制标准

4．3 GEO-SLOPE软件及其边坡分析功能

4．4 小结

5．软岩料填筑面板堆石坝应力变形分析的有限元法

5．1 材料的本构模型

5．1．1 非线性弹性模型

5．1．2 弹塑性模型

5．1．3 堆石料本构模型的选用

5．1．4 混凝土材料本构模型

5．1．5 接触面模型

5．2 面板堆石坝应力变形计算的有限元模型

5．3 计算工况与计算参数

5．4 小结

6 应用实例

6．1 鱼跳面板堆石坝工程概况

6．2 软岩料利用方案的拟定

6．3 坝体渗流分析

6．3．1 计算工况及计算参数

6．3．2 计算模型

6．3．3 边界条件

6．3．5 浸润线计算结果

6．4 坝坡稳定分析

6．4．1 计算工况及计算参数

6．4．2 计算断面的选取

6．4．2 坝坡稳定计算成果分析

6．5 大坝应力变形三维有限元分析

6．5．1 材料本构模型与计算参数

6．5．2 计算工况

6．5．3 有限元计算模型

6．5．4 计算结果分析

6．6 坝体分区方案的综合比较

6．7 小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

致谢

参考文献

附录