坝体材料分区对高面板堆石坝应力变形的影响

300 m级高面板堆石坝合理的坝体材料分区是坝体变形控制的主要措施之一。以某300 m级高面板堆石坝为例,考虑坝体填筑分期和坝体材料分区形式,建立有限元模型,采用数值分析方法研究了300 m级高面板堆石坝坝体不同材料分区对坝体应力变形的影响。通过拟定坝体不同的材料分区方案,比较了各方案下坝体的应力变形情况,结果表明:设置顶部增模区,缩小次堆石区范围,即主次堆石区分界线以一定坡比倾向下游的坝体材料分区设计对坝体变形控制有利。     

结构分区对高面板堆石坝变形特性的影响

中国面板堆石坝的实践经验认为,主次堆石分界线位置倾向下游,有利于高面板堆石坝的变形控制。美国的Palmi提出了主次堆石分界线的位置倾向上游,并适当降低次堆石区的顶部高程,次堆石区顶部位置向下游方向移动的分区理念。为此通过有限元仿真计算,对比两种分区形式对高面板堆石坝应力变形性状的影响。结果表明,这种新型分区理念有利于减小面板的脱空和结构应力,在理论上是是可行的,值得在实践中推广。     

堆石压实标准及结构分区对混凝土面板堆石坝应力变形影响的研究综述

在混凝土面板堆石坝的设计中,坝体的变形是一项至关重要的控制因素。筑坝堆石材料的压实控制标准和坝体结构分区设计是混凝土面板堆石坝变形控制的重要措施。从堆石的压实标准看,当堆石材料的填筑密度从一个相对较低的数值提高到较高的数值时,坝体和面板的变形和应力分布将得到明显的改善。从坝体断面分区布置看,次堆石区的变形将会对面板的应力和变形产生一定的影响,对于高混凝土面板堆石坝,这一影响尤其明显。在坝体的断面分区设计中,变形特性相差很大的堆石填筑分区将有可能导致混凝土面板发生拉伸裂缝。本文通过对相关研究和数值模拟的综述提出：提高堆石填筑压实标准,改进坝体断面分区,可以显著改善坝体和面板的应力变形性状,从而提高大坝的整体安全特性。     

软岩筑面板堆石坝的坝体断面分区研究

针对面板堆石坝工程中软岩堆石材料的利用问题，采用数值计算分析的方法，结合具体工程的计算实例，分析了利用软岩堆石料的面板堆石坝的应力变形特性。在此基础上，研究了软岩堆石料的分区布置问题，进而提出了面板堆石坝软岩堆石料利用的基本原则。研究结果表明：在利用软岩修筑的面板堆石坝设计中，通过合理布置软岩材料分区，可以在保证坝体整体稳定和面板受力均匀的前提下，尽可能地扩大软岩利用区的范围，使工程设计进一步得到优化。     

高混凝土面板堆石坝应力变形数值模拟研究

常规计算法方法无法精准反映高面板堆石坝实际受力情况,造成国内外修建的一些高面板堆石坝出现面板挤压破坏和结构性裂缝问题。采用邓肯E-B模型进行高面板堆石坝三维有限元分析计算,结果表明:高混凝土面板堆石坝的应力和沉降量较小,绝大部分荷载是经过垫层和过渡层由主堆区石传入坝轴线以上的地基中,坝壳料具有足够的变形模量及自由排水性能,孔隙率控制是合理。面板堆石坝应力的分布在各堆石区的分界处没有较大突变,坝体填筑分成防渗补强区、垫层区、堆石区各区坝料之间满足力学平稳过渡的要求。因此高面板堆石坝设计是合理的,对类似工程设计具有参考意义。     

主、次堆石区分界对面板坝应力变形影响研究

为了更好地研究面板堆石坝主、次堆石区分界线位置对坝体、面板的应力及位移的影响,结合水布垭面板堆石坝的设计资料,通过拟定主、次堆石区分界线分别位于坝轴线上游、下游及坝轴线3种方案,在竣工期(坝体施工完毕)和蓄水期(水库蓄水到正常水位)不同工况条件下,利用ANSYS的二次开发功能进行三维非线性应力应变分析计算,得到了3种方案的坝体应力、面板应力、坝体位移、面板位移及面板垂直缝、周边缝三向位移成果,通过对3种方案的计算成果进行比较分析,确定了主、次堆石区分界线位于坝轴线下游较为合理。     

大角度折线型高面板堆石坝坝体和面板的应力与变形规律

为深入探索折线型高面板堆石坝的变形机理,针对某拟建水库大坝,采用有限元数值模型模拟了3个坝轴线布置方案的堆石体应力与应变、面板应力与变形及结构缝变形,分析了上述变化规律与坝轴线折角之间的非线性关系,初步探讨了大角度折线型面板堆石坝的坝体变形机理。结果表明,坝轴线转折点周边面板出现的拉应力会随着折角的增大而产生不同程度的增强;坝轴线转折处的地形条件及坝体对称性对坝体受力变形影响较大;结合地形地质条件,合理选择转折点和折角大小是折线型面板堆石坝设计的关键。     

定向爆破堆石坝应力变形特性研究

结合实测数据与数值模拟方法对某定向爆破堆石坝体结构在不同阶段的应力变形特性进行了分析,探讨定向爆破堆石坝的应力变形规律,并重点讨论了爆破堆石体和防渗结构的力学行为。对比分析表明:不同于常规坝体的最大沉降位于坝体2/3部位,爆破堆石最大沉降发生在爆破堆石体顶部,爆破堆石及坡积物的可压缩性是其产生较大沉降的主要原因。在此基础上,分析了爆破堆石体沉降对防渗结构应力变形的影响。结果表明:由于筑坝材料组成复杂、力学特性相差较大,导致大坝局部出现一定的不均匀沉降。700 m平台以下的反弧处出现较大的变形和应力,对沥青混凝土防渗斜墙变形造成较大影响。此外,库水位的抬升使沥青混凝土斜墙的应力和变形规律发生了较大变化,防渗体应力和变形明显增加。研究得出的定向爆破堆石坝的应力变形规律,较为全面、真实地反映了定向爆破堆石坝的爆破堆石体、坝体及防渗体的运行性态,同时也对高面板堆石坝、软岩筑坝、弃渣坝、滑坡及堰塞体等大变形结构体的安全性态研究具有一定的参考价值。     

天生桥面板堆石坝实测变形的三维反馈分析

本文根据天生桥面板堆石坝施工期及初次高水位蓄水后的实测变形资料，采用清华非线性解耦K-G模型，进行大坝整体的三维有限元反馈分析。分析结果与实测结果基本相符。反馈分析结果给出了坝料实际的力学性质（模型参数）,揭示了分区分期填筑的高面板堆石坝的复杂变形性状；文中提出对高坝下游填筑料（即IIIC区料）的坚实性应有较高的要求。特别要注意对坝体的施工临时剖面进行优化设计，以控制堆石体的差异变形、防止面板下垫层料出现裂缝及脱空等问题。     

坝体结构及流变对高面板坝应力变形影响分析

高面板堆石坝在运行过程中面板容易出现挤压破损,坝体变形过大和变形长期不稳定是主要原因。影响堆石体和面板应力变形的因素较多,主要包括坝体堆石料分区和参数、面板分期及浇筑时机、坝体流变、垫层料表面的处理。基于实测变形反演堆石料本构参数和流变参数,运用反演得到的参数对面板堆石坝坝体和面板应力变形影响的因素进行敏感性分析,得出:提高下游次堆石的填筑标准,能有效减小高面板坝面板上部的顺坡向拉应力;面板分期能减小面板蓄水后的挠度,且最大挠度点往高高程偏移;坝体填筑完成后面板浇筑前预留的时间越长,大坝蓄水引起的变形越小。设置挤压边墙能有效减小面板中部的坝轴向应力和顺坡向应力,同时也能减小面板的挠度;面板最大挠度、坝轴向应力和顺坡向应力在坝体流变作用下逐步增大,并逐步趋于稳定。     

深覆盖层上面板堆石坝坝体与覆盖层相互作用研究

针对深覆盖层上的面板堆石坝,采用数值计算的方法分析了坝体、坝基以及面板和防渗墙的应力变形分布规律,并对坝体与覆盖层的相互作用关系进行了分析论证.分析结果表明,尽管覆盖层地基的变形对坝体、面板和防渗墙的应力变形性状有着明显的影响,但通过采取合理的工程措施,深覆盖层上的面板堆石坝采用垂直防渗处理是可行的.     

狭窄河谷中混凝土面板坝的应力变形规律及工程措施研究

为深入了解河谷地形因素对混凝土面板堆石坝应力变形特性的影响,采用一个典型的混凝土面板堆石坝三维有限元模型进行了不同岸坡坡度与河床宽度等影响因子的分析研究,并在总结已有相关研究成果的基础上,结合工程实例,探讨了改善峡谷地区混凝土面板堆石坝应力变形特性的工程措施。研究成果表明:河谷地形对大坝的作用主要表现在岸坡对坝体和面板的约束及顶托作用,这种作用随大坝长高比的增加而减弱。对于修建于狭窄河谷中的面板坝,其堆石体位移梯度和面板的压应力数值相对较大。工程上可采取提高堆石体压实密度,设置岸坡增模堆石区,以及合理确定面板浇筑时机和设置可吸收变形的面板纵缝填充材料等措施,以控制坝体变形并改善面板的应力状态。     

复杂地形对面板坝面板应力和变形的影响分析

某混凝土面板堆石坝坝高144m．河谷地形复杂。采用三维非线性有限元法,建立了坝体和坝基的三维有限元模型．模拟了大坝填筑施工过程和水库蓄水过程．分析了运行期面板的应力变形及周边缝的变位特性,研究了复杂地形条件对该坝面板应力和变形的影响。计算表明：该混凝土面板堆石坝的面板应力受地形的影响较大,与坝体断面几何形态密切相关。左岸次堆石区变形大．面板应力较大,而右岸岩体的支撑作用显著,面板应力较小。右岸陡坡处及左右岸变坡处周边缝的变形较大。     

我国特高面板堆石坝的建设与技术展望

国内2000年后已建和在建的200m级高面板堆石坝，从堆石料原岩选择、孔隙率控制、坝体断面分区、面板和趾板防裂控制等设计技术方面及碾压设备选型、坝体预沉降控制、施工填筑分期等施工技术方面，采取了一系列行之有效的措施，取得了坝体变形小、面板裂缝少等成效。借此，对300m级特高面板堆石坝技术作了设想，提出了尚需研究的课题。     

软岩料填筑面板堆石坝湿化变形分析

结合一工程实例,基于改进的湿化变形计算模型,采用邓肯-张E-B本构模型和有限元分析方法,研究软岩料的湿化变形对堆石体及面板应力变形的影响。结果表明:由于软岩堆石料湿化变形的影响,坝体整体沉降增加,并发生向下游的水平位移,面板的挠度增大,面板的压应力增量增大,对面板的应力变形产生了不利影响。     

组合型混凝土面板堆石坝应力应变特性分析

组合型面板堆石坝是在下游底部设置混凝土坝与面板堆石坝形成的复合坝。以某150 m级面板坝工程为依托, 采用三维非线性有限元方法, 系统研究了组合型面板坝堆石坝体、混凝土坝以及防渗体系的应力应变特性。结果表明, 与常规面板堆石坝相比, 该组合坝型在堆石坝体变形方面虽没有显著改变, 但由于缩短了面板和垂直缝长度, 面板应力应变状况得到了有效改善, 且通过将混凝土坝坝顶宽度设置成大于趾板宽度, 可有效避免由高趾板引起的周边缝变位过大问题。目前200 m级高面板坝最突出问题是面板的结构性裂缝和挤压破坏, 而该组合坝型可以有效改善面板应力状态, 为超高面板坝的建设提供了新的思路。     

洮河九甸峡水利枢纽工程混凝土面板堆石坝设计

九甸峡水利枢纽工程混凝土面板堆石坝最大坝高136.5 m,坝址区地震烈度高,河谷狭窄,岸坡陡峻,河床分布深52～54 m、宽30～50 m左右的深厚覆盖层,为目前国内在深厚覆盖层修建的最高面板堆石坝.文中介绍了该混凝土面板堆石坝的布置、坝体分区、坝料设计、趾板结构、周边缝结构设计等,特别研究比较了河床深厚覆盖层平趾板处理措施和采取防渗墙截渗的结构特点,同时对于在覆盖层上修建高面板堆石坝进行了有益的探索.     

狭窄河谷中高面板堆石坝应力变形特性研究

结合高179．5m的洪家渡面板堆石坝，采用数值计算分析与大型离心模型试验的方法，深入研究了狭窄河谷中高面板堆石坝的应力变形特性．通过分析计算，给出了狭窄、不对称河谷地形条件下高混凝土面板堆石坝在施工期和蓄水运行期的应力、变形分布规律，以及面板周边缝的变形特点．同时，还对不同填筑干密度对坝体和面板应力变形特性的影响进行了对比分析．研究结果表明：河谷的地形条件对面板应力变形有着显的影响，通过改进碾压施工技术，提高填筑密度，将对坝体和面板的应力变形性状的改善，提高坝体的整体安全性起到重要的作用．