考虑坝体压实情况下高土石坝施工期应力变形分析

摘要

我国正在建设一批300m级的高土石坝，由此带来的大坝安全稳定问题也受到越来越多的关注。裂缝是土石坝事故产生的重要原因之一，而坝体的不均匀沉降是产生裂缝的主要原因，因此有必要对土石坝的应力和变形进行计算，找到可能产生裂缝的部位，对可能发生的事故做到提前预警。在传统土石坝应力变形的有限元计算中，坝体密度通常由少数实验或经验获得，对于同一分区采用同一个密度值进行计算，但实际上坝体的密度与压实质量情况有着很大的关系，所以用相同的密度值进行计算是不准确的。因此本文将坝体压实情况作为影响应力和变形的重要因素，提出了考虑坝料压实情况的高土石坝施工期应力变形分析方法。本文的主要研究内容和成果如下：
　　 (1)简要介绍了大坝施工质量实时监控系统及碾压参数的获取方法，并基于碾压质量实时监控系统和试坑试验数据、料源数据，对仓面网格上的密度及其影响因素进行统计分析，建立了二者之间的回归模型，利用该回归模型可估算施工仓面上任意网格的密度值，为有限元计算提供基础数据。
　　 (2)提出了将施工仓面上的网格密度赋值到有限元单元的处理方法，该方法通过大坝网格密度这一概念的过渡，达到了为有限元单元赋值的目的，并编制了密度赋值的宏命令。
　　 (3)提出了考虑坝体压实情况的土石坝施工期应力变形计算方法。首先在ANSYS中利用APDL语言实现了邓肯一张本构模型的添加，然后利用该本构模型，耦合坝体施工进度和坝体密度，模拟施工逐级加载过程，实现施工期大坝应力变形的分析，并编制了后处理程序。
　　 (4)以某心墙堆石坝为例，利用编制的程序进行应用分析，获得了典型断面处坝体的应力变形分布情况，以及任意位置处的变形值，通过实测资料的比较，发现在考虑压实情况后沉降的计算结果相较同一密度的计算结果更为准确，对于水平位移和应力两种情况的计算结果均与实测结果相符，表明了本文方法的有效性。