混凝土面板堆石壩面板開裂機(jī)理及效應(yīng)研究.pdf

1、混凝土面板堆石壩具有對(duì)不同地基條件適應(yīng)性強(qiáng)、施工快、工期短、投資省等優(yōu)點(diǎn)，無論是大型還是中小型水電工程，都成為首選比較壩型，與碾壓混凝土壩和高拱壩并列成為最有發(fā)展前景的三類壩型。對(duì)混凝土面板堆石壩而言，面板及其接縫止水組成的防滲系統(tǒng)是大壩的主要防滲結(jié)構(gòu)，面板的防裂問題是關(guān)系到壩體安全和運(yùn)行性狀的一個(gè)重要課題。我國在面板堆石壩建設(shè)20多年的時(shí)間里，取得了一定的成績，但也有一些失敗的教訓(xùn)。西北口面板堆石壩的大量結(jié)構(gòu)性裂縫、株樹橋面板堆石壩面

2、板的塌陷以及溝后面板砂礫石壩的垮壩等事故都昭示著我們：進(jìn)行混凝土面板堆石壩面板破壞機(jī)理及效應(yīng)研究具有重要意義。
　　 目前，關(guān)于混凝土面板堆石壩面板應(yīng)力變形的分析研究，主要集中在計(jì)算其在水荷載和自重作用下的應(yīng)力變形，而認(rèn)為面板尺寸相對(duì)較小，將溫度應(yīng)力忽略不計(jì)，這顯然與混凝土面板堆石壩尤其是處于日溫差和年溫差較大的寒冷地區(qū)的面板壩面板的實(shí)際應(yīng)力變形情況不符。國內(nèi)外關(guān)于面板堆石壩面板裂縫成因的研究結(jié)果表明：面板裂縫尤其是貫穿性裂縫的

3、產(chǎn)生主要是由于壩體的不均勻沉降及面板的溫度應(yīng)力共同作用的結(jié)果。針對(duì)這方面問題，本文模擬混凝土面板堆石壩的施工過程，建立考慮面板溫度應(yīng)力、水荷載及自重等情況的應(yīng)力變形有限元計(jì)算模型，全面系統(tǒng)的研究混凝土面板的應(yīng)力變形特性，基于斷裂力學(xué)的基本原理，分析混凝土面板裂縫的產(chǎn)生機(jī)理及開裂過程。
　　 在充分掌握混凝土面板裂縫分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，預(yù)測(cè)分析了混凝土面板開裂情況下堆石壩的滲流及應(yīng)力變形特性。首先，針對(duì)面板縫隙的物理特性，以等寬縫隙

4、水流運(yùn)動(dòng)的規(guī)律為基礎(chǔ)，研究建立了面板縫隙滲流的計(jì)算模型。然后，以堆石體的孔隙率為橋梁，對(duì)多孔巖土介質(zhì)滲透系數(shù)與體積應(yīng)變之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行了推導(dǎo)，研究建立了混凝土面板堆石壩滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合分析的數(shù)學(xué)模型、有限元計(jì)算模型。最后，應(yīng)用本文建立的計(jì)算模型，對(duì)公伯峽面板堆石壩進(jìn)行了滲流場(chǎng)、滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合分析有限元仿真計(jì)算，預(yù)測(cè)分析了假定的面板開裂情況下公伯峽混凝土面板堆石壩的滲流場(chǎng)及應(yīng)力變形分布規(guī)律，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的對(duì)比分析表明，本文