高碾压混凝土坝层面稳定分析方法研究

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发布时间：2021-09-14

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高碾压混凝土坝层面稳定分析方法研究
牛景太
(南昌工程学院，江西南昌330099)
【摘要】碾压混凝土坝在结构上具有明显的成层状，水平层面是影响碾压混凝土坝强度、稳定和渗流的关键部位。
随着碾压混凝土坝筑坝高度的增加，沿层面的抗滑稳定越来越受到重视。针对碾压混凝土坝的结构和施工等特点，
详细分析了引起层面失稳破坏的各个影响因素，并对层面各种失稳破坏形式的判据做了分析研究，提出了采用等比
例降参数强度储备和非线性有限元相结合的方法，对碾压混凝土重力坝的渐进破坏过程、破坏机理和极限承载能力
进行了探讨和研究。
[关键词】碾压混凝土坝；层面；稳定；强度储备系数法
【中图分类号】TV314 [文献标识码】B [文章编号】1003—1510(2012)05—00012—04
碾压混凝土坝是近3O年来发展起来的一种新
的筑坝技术。其在结构上具有明显的成层状】。这
些水平层面是影响碾压混凝土坝强度、稳定和渗流
的关键部位，其抗剪强度一般都低于其混凝土本体
的抗剪强度。对于坝高较低的碾压混凝土重力坝，
由于所承受的水平推力相对较小，沿层面的抗滑稳
定问题尚不能引起人们的重视。但对于坝高超过
200 m的高碾压混凝土坝而言，这个问题就显得非
常的突出了。层面的破坏问题在一定程度上成了
碾压混凝土坝往更高方向发展的瓶颈问题。已有
的研究皿卅多从抗滑稳定可靠度、有限元模型、断裂
力学模型对碾压混凝土坝层面进行研究，而鲜见有
采用强度储备系数法结合弹塑性有限元法对碾压
混凝土坝层面稳定进行分析的研究。
本文针对碾压混凝土坝的结构和施工等特点，
详细分析了引起层面失稳破坏的各个影响因素，并
对层面各种失稳破坏形式的判据做了分析研究，提
出了采用等比例降参数强度储备和非线性有限元
法相结合的方法，对碾压混凝土重力坝的渐进破坏
过程、破坏机理和极限承载能力进行了探讨和
研究。
1 层面抗剪破坏因素分析
相对于碾压混凝土的抗拉压强度而言，人们更
关心碾压混凝土的抗剪强度值，抗剪强度的大小直
接关系到坝体的抗滑稳定性。众多试验表明，碾压
混凝土的抗剪强度为抗压强度的1／4—1／5。影响碾
压混凝土抗拉强度和抗压强度的影响因素，同样是
影响抗剪强度的因素。但是在层面存在的情况下，
碾压混凝土的抗剪强度则更为众多学者所关注。
许多研究表明，在施工初凝时间内的碾压混凝
土，层面抗剪强度与本体抗的剪强度相当或前者稍
小；但超过初凝时间，并且未对层面进行处理或者
存在冷缝的施工层面，层面抗剪强度要远低于本体
的抗剪强度。
1．1 层间间隔时间的影响
碾压混凝土坝存在着众多的施工层面，而层间
间隔时间是影响混凝土的一个重要的因素，抗剪断
强度因层间间隔时间的增加而降低，尤其是在间隔
初期，抗剪断的强度降低的速度较快，而后期则趋
于缓和。
碾压混凝土层层间的抗剪强度主要受凝结时
间、凝结材料用量、缓凝剂效果、外界气温和大气湿
度以及层面状况等因素的影响。因此，层间允许间
隔时间根据工程的当地气温、大气湿度、混凝土配
合比，通过现场的层间抗拉和抗剪断试验来确定。
1．2 层面处理方式的影响
碾压混凝土坝由于层面的存在，不可避免地要
对有一定时间间隔的层面进行处理。处理的方式
包括层面铺静浆和铺砂浆两种，研究表明，采用铺
净浆处理方式的抗剪强度要比不处理高
6．4％一18．6％，而采用层面铺砂浆的处理方式获得