层和过渡层材料参数视 为一致 ,堆石 区材料 单独分 区 ,参 数单 独选取 ,具体 参数见表 1。另外 ,垫层 、过渡层 受压时法 向劲度 系数 为 500MPa/m,受拉时法 向劲度系数为 1kPa/m,切向劲 度 参数为 5000;主堆石区材料水平渗透 系数 、垂 直渗透系数均 为 1×10~m/s,材料试验参数 K =1600。面板 垫层 料重 度为 25 kN/m ,弹性模量为 2.8GPa,剪切模量为 11.9966GPa,渗透 系 数为 1×10一m/s,凝聚力为 0。 表 1 材料参数 注 :Kl,为体积模量;In为体积模量指数 ;n为切 向劲度指数; 为破坏 比; 为摩擦角;C为凝聚力;△ 摩擦角随小主应力减小系数。 4 土石坝应力变形计算 对 图 1所 示堆石坝 的二维模 型采用 6节点三角形 单元进 行网格剖分 ,见图 2。根据新建堆石坝 的实 际工作状况 ,对堆石 坝填筑竣工期、蓄水至正常水位两种工况进行分析计算。 图 2 计算网格 剖分 4.1 工 况 一 在 自重荷载作用下坝体发生垂 直位移和水平位移 ,竖 向位 移最大值为4.67cm,发生在堆石坝坝体内部 1/2坝高(令坝高 为 )处 ,除去上游面板和垫层料外 ,堆石坝 的垂直位移等值线 綦本 对称 。在不 同的交 界面 上,位移不 连续 。在 自重荷 载下 , 坝体的最 大负 向水平位移为 一0.478m,发生 在副坝下游侧 (3/ 5~4/3)H范围内;最大正向水平位移为 0.359cm,发生在坝 的 下游侧(1/5—2/5)H范 围内。 竣工期最大主应力等值 线见 图 3。由图 3可知 ,竣 工期 的 最大主应力 为垂 向压应 力 ,大小为 297.0lkPa,坝 体 的垂直 应 力大体接 近于上覆土石 的 自重应力 ,随着 坝体 的不断升 高 ,坝 体主应力 也随之增加 ,但 主应力 比变化不大 ,可以视为常数 。 图3 竣工期最大主应力(单位:kPa) 4.2 工 况 二 蓄水至正常水位时竖向位移最大值为4.67cm,发生在坝 体中部距 坝顶 0.5H附近 ,除上游面板 和垫层料外 ,堆石坝 的垂 直位移等值线基本对称。另外堆石坝上游坝脚处压重体有一 定程度的沉降变形 。和工况一相比 ,堆石坝各 部位 的竖 向位移 值基本未变 ,即蓄水对坝体 的竖 向位移影 响不 大。水平位移负 · 234 · 向最大值为 0.474cm,发 生在堆石 坝体的下游 坝坡 上 ,位 置在 0.75H处 ,指向上游侧 ,蓄水期坝体 发生 自中轴线 向两边 的顺河 向水平位移 ;蓄水前后水 平位移 变化不 大 ,蓄水后 坝体上 游侧 的负 向位移略有减小 ,最大值由 0.408cm下 降为 0.404Cln,坝 体下游侧的位 移略有增加 ,说明蓄水对混凝土面板堆 石坝的水 平位移基本无 影响。水平位移正 向最大值为0.437Cnl。 分析蓄水至正 常水位时最大 主应 力等 值线 可知 ,蕾水至正 常水位时主应力最大值为 297.09kPa,和竣 工期相 比基本无变 化。坝体的垂直应力大体接近于 覆土石 的 自重应力 ,随着坝 体的不断升高 ,坝体主应力也随之增 加 ,但 主应力 比变化 不大, 可以视为常数。 蓄水期面板 的挠 曲方 向大致平行于法线方 向,随库水 位的 升高 ,面板挠度增大 ,在最 后蓄水 阶段 ,面板挠 度显 著增大 ,面 板大部分区域在顺坡 向、坝轴 向都处 于受压状 态 ,在周边 出现 单 向或双向受拉状态 。周边 缝一旦 张开 ,法 向错动 多向坝 内, 堆石体的流变变形 一般在满 蓄期 已经完成 ,以后 随时间会 有一 定的发展 ,在整个施工期 和蓄水 期 ,堆石体 都会 出现一定 程度 的流变。蓄水至正常水位 162m时 ,面板的最大挠度 发生_在 游坝坡和堆石体的交界处 ,面板沿法向的最大挠度为 0.71c 正常蓄水期 至校核洪 水位 165.47m时 ,面板 沿法向 的最 大挠 度为 1.03cm,发生在上游坝坡和堆石体的交界处。 由于面板下覆 防渗 土工膜 ,运行 期渗流主要集 中在坝体以 下透水性较强的岩基上 ,因此计 算断 面处 的岩 基渗 透性较弱 , 其单宽渗流量计算值为4.99×10 m/(s·m)。 5 结 论 (1)竣工期和蓄水期坝体 2H/3以下范围均发生 自中轴线 向两侧的顺河向水 平位移 ;蓄水 前后水 平位移 变化 不大 ,蓄水 后坝体上游侧的负向位 移略有减小 ,坝体下游侧 的位 移略有增 加 ,说 明蓄水对混凝土面板堆石坝的水平位移影 响较小 。 (2)坝体在竣工期和正常蓄水期应力总体_lI:较小,两种工 况下大主应力最大值 分别 为 297.ol、297.09kPa,表 明大 坝的 稳定性 良好。蓄水 完成后 面板 的挠度不是 很大 ,蓄水 至正常水 位 162.0m时 ,面板沿法向的最 大挠度 为 0.71cm;蓄水 至校核 洪水位 165.47m时 ,面板 沿法 向的最 大挠度 为 1.03cm,两种 工况下面板的最大挠度均 发生在上 游坝坡 和堆石 压重体 的交 界处 。(3)在设计水位条件下 ,渗流水 头损失主要集 中在面 板趾 端及灌浆帷幕附近,由于基岩的渗透系数较小 ,因此面板堆石 坝 的渗流量较小 ,单宽渗流量为 4.99X10 m/(S·m)。 参考文献 : [1] 蒋 国澄 ,傅志安,风家骥.混凝土面板坝工程[M]武汉 :湖北科学技术 出版 社,1997. [2] 刘秋生 ,赵华 ,刘志远.堆石料湿 化软化 特性 及计 算模 型研究 [J]人 民黄 河 ,2009,31(8):82—83. [3] 沈珠江 ,赵魁芝 .堆 石 坝流 变变 形的 反馈 分析 [J].水利 学
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