基于有限元法的碾压混凝土重力坝分区结构变形协调特性研究

摘要

目前国内外已建碾压混凝土坝超过550座，在施工碾压技术日益成熟的基础上，碾压混凝土坝在运行过程中仍有许多问题，其中碾压混凝土坝的施工层面间渗漏问题最为严重。为解决碾压混凝土重力坝层间渗漏严重问题，借鉴以往防渗结构设置理念，设计出新型高流动性防渗抗裂混凝土材料，集经济性、耐久性和快速施工特性于一体。本文提出适用于新型高流动性防渗抗裂材料结合作用下的碾压混凝土坝分区功能梯度结构，在新型防渗材料及主体碾压混凝土之间设置辅助防渗及改善不同分区间的接触变形作用的过渡层，研究过渡层结构形式以及过渡层材料弹性模量对碾压混凝土坝整体应力变形及接触变形的影响，主要研究内容及成果如下： （1）提出了面向上游新型防渗结构的碾压混凝土重力坝分区功能梯度结构。在坝体不同区域应用不同功能的混凝土材料，使其具有功能梯度的特性：上游采用新型防渗结构、主体为三级配碾压混凝土，两者之间设置过渡层以辅助防渗及改善接触变形，设计过渡层的结构形式以及选择过渡层材料弹性模量。 （2）结合实际工程，基于有限元软件 ANSYS 对不同过渡层结构及材料组合下碾压混凝土重力坝坝段整体应力变形进行计算与对比分析；重点对分区接触面进行接触设置，进而对分区接触面开展变形计算与对比分析研究。通过对结果比选，得出效果较优的过渡层结构及过渡层材料弹性模量组合方案。 （3）通过对坝段整体应力位移，HIAC 和碾压混凝土过渡层间接触渗透距离、接触滑动距离以及接触压力值有限元计算结果进行分析，为较优过渡层结构及过渡层材料弹性模量的选择提供依据。计算方案均符合变形协调要求，可根据实际工程选取较小弹性模量过渡层材料，加大极限拉伸率，加强其抗裂性能；综合考虑坝段抗拉强度及接触压力，可选取矩形过渡层结构。

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