水布垭超高混凝土面板堆石坝的长期变形特性

高应力下堆石料具有显著的流变特性,堆石料流变常对高面板堆石坝的安全运行造成影响.基于大坝完建期变形反分析所得的坝体填料参数,采用一种新的能模拟高压下堆石料流变特性的幂函数流变模型,对目前世界同类坝最高的水布垭面板堆石坝进行了三维流变分析,研究了蓄水后大坝的长期应力与变形特征.研究结果表明:考虑堆石料流变后,坝体变形有明显的增加;面板法向应力基本无变化,顺坡向拉应力范围及量值均减小,压应力增大,坝轴向拉应力和压应力均增加;面板法向位移(挠度)分布规律不变,量值增加,顺坡向位移等值线形态发生变化,坝轴向位移增加;面板坚缝和周边缝的变形均有所增大.     

应力路径对堆石变形特性的影响

本文应用龙滩水电站和十三陵抽水蓄能电站两座面板堆石坝的堆石料,近似模拟大坝填筑、水库蓄水和库水位下降时的应力路径,研究了坝体内的应力状态。试验结果表明：对面板坝而言,大坝在施工期和运行期坝轴线上游部位处的堆石变形模量比常规三轴应力（σ３＝ ｃ）条件下得出的变形模量大,而以往一些工程在进行坝体有限元计算时未考虑这一特点,采用的堆石变形模量偏小,这是计算周边缝位移及面板法向位移比实际值偏大的主要原因。     

积石峡面板堆石坝流变分析与施工期优化

堆石料的流变变形会增加坝体运行期的总体沉降进而影响面板堆石坝运行期的安全性。坝体堆石填筑完成后的变形稳定时间对之后修筑的面板的应力和变形具有一定影响。从应力和变形角度,变形稳定时间越长对面板堆石坝的安全性越有利,然而延长变形稳定时间会导致施工期变长和工程投资的相应增加。本文针对积石峡面板堆石坝进行了三维流变变形计算,分析了流变变形对大坝应力变形的影响;研究了不同变形稳定时间大坝应力变形的响应;并基于计算结果对施工期优化给出了初步的建议。     

河谷地形对面板堆石坝应力位移影响的分析

本文分别采用沈珠江双屈服面弹塑性模型和清华弹塑性损伤模型描述堆石料和土与结构接触面,采用三维有限元分析方法计算了不同河谷宽高比时大坝的应力和位移。结果表明河谷地形对于大坝应力和位移特性有显著影响。河谷宽高比减小后,坝基对坝体的约束作用加强,导致：（1）坝体的变形减小;（2）面板的挠度随之减小;（3）面板顺坡向应力出现了拉应力从而增大了面板出现拉裂缝的可能性;（4）面板顺坝轴向拉应力减小,顺坝轴向压应力则出现先减小后增大的趋势;（5）面板周边缝张开量明显减小。     

三板溪混凝土面板堆石坝变形及应力分析

本文采用清华非线性K-G模型进行大坝三维非线性有限元变形和应力分析。三板溪工程的坝料岩性较好,坝体变形较小。坝体蓄水期最大计算沉降为82cm左右,约为坝高的0.44%,坝体最大水平位移约24cm,面板的挠曲率约0.07%。坝址河谷狭窄,坝肩对坝体变形的拱作用明显,面板水平位移约相当于沉降的15%。周边缝和垂直缝的三向变形约为20mm,在止水结构可承受范围内。由于后期分期施工在上游坝坡顶部所产生的垫层料的法向变形在10~20cm之间,在分期浇筑面板时应该引起重视。     

水布垭面板坝实测沉降分析与土石坝沉降统计预报模型

本文对水布垭面板坝实测沉降进行整理分析,大坝变形监测仪器工作正常,坝体实测沉降分布规律合理,最大沉降为已填筑坝高的1%,推算填筑堆石体垂直压缩模量达100MPa,坝体填筑质量良好.本文考虑土石料变形的影响因素及材料流变特性,应用统计回归方法建立耦合的指数型坝体沉降统计预报模型,与实测数据拟合很好,预测大坝竣工5年后的沉降略有增加.     

考虑温度变化和长期变形的面板堆石坝模拟

面板裂缝是影响混凝土面板堆石坝安全和性能的关键因素之一。本文基于ABAQUS软件,开展了堆石体长期变形与混凝土水化热、时空不均匀分布温度场边界施加等二次开发,以老挝某混凝土面板堆石坝为研究对象,研究了堆石体长期变形、混凝土水化热、环境温度变化的联合作用机制。分析了堆石体长期变形量值、面板浇筑时间过程、环境温度数值和分布模式等对面板应力变形的影响,揭示了混凝土浇筑后早期水化热温升和环境温度影响导致面板表面较大顺坡向拉应力是面板大量早期水平裂缝的主要原因;同时也发现,即使对于浇筑后较长时间,考虑温度变化情况下计算出的面板拉应力也高于不考虑温度变化情况。计算分析可为面板浇筑时机选择,面板温度裂缝、变形裂缝分类防控等提供技术依据。     

椭圆-抛物线双屈服面流变模型的应用与研究

堆石料具有剪胀、剪缩和流变等特性,堆石料流变严重影响高土石坝心墙、面板等结构的受力变形。为此结合室内试验,建立了一个考虑堆石流变特性的双屈服面流变模型。本文以水布垭面板堆石坝为例,采用双屈服面流变模型对坝体沉降变形、面板应力和挠度进行分析。计算结果表明:该模型能够综合反映复杂加载情况下堆石料剪胀、剪缩和流变特性;流变对坝体及面板的应力变形呈增大效应;200 m以上的高坝满蓄后5年左右流变效应仍未完全趋于衰减稳定;流变对面板拉应力的影响较大,轴向拉应力增幅达30%,顺坡向则次之;对比现场观测资料,自然界日晒雨淋过程会对堆石长期变形产生影响,现有的流变计算中均忽略了此类因素的影响,导致计算结果小于实测结果。     

基于实测资料的公伯峡大坝面板变形及应力分析

结合公伯峡面板堆石坝坝体沉降变形、面板挠度和钢筋应力的实测资料,分析了坝体沉降变形规律以及面板挠度和钢筋应力的时间、空间变化规律;针对混凝土面板的各种观测方法布置的测点,进行了物理成因解析及年变幅分析。分析成果表明,不同观测方法得出的观测成果具有一致性,反映了大坝混凝土面板的变形和应力规律,时效因素对坝体和面板的稳定性有一定的影响,应加强观测和分析。     

峡谷地区高堆石坝面板结构性拉裂破坏机理及改善措施

面板的裂缝是峡谷地区修建高面板堆石坝面临的关键问题。总结峡谷地区面板堆石坝工程中发生的面板结构性拉裂破坏现象,分析了此类破坏的发生机制,认为堆石体沿着陡峭的岸坡向河谷中心的滑移变形是导致岸坡处面板发生结构性拉裂破坏的主要原因。对拱型面板堆石坝和直线型面板堆石坝进行了有限元计算对比分析,结果表明:拱型面板堆石坝可以在不改变坝体主要应力变形特性的前提下,有效地避免面板发生结构性拉裂破坏,在陡边坡峡谷地区采用拱型面板堆石坝对大坝的安全更加有利。