東莊反拱水墊塘防護結(jié)構(gòu)優(yōu)化與安全性分析.pdf

1、針對“高水頭、窄河谷、大泄量”的泄洪消能特點，反拱形襯砌式水墊塘利用天然河床基巖形狀，將引起水墊塘破壞的水力荷載(主要是上舉力與揚壓力)傳遞到兩岸山體或拱座，充分發(fā)揮出拱結(jié)構(gòu)的超載能力和材料的抗壓特性，提高了防護結(jié)構(gòu)的安全性。實踐表明，反拱形水墊塘是解決高拱壩泄洪消能問題的有效措施。近年來，國內(nèi)外許多學者基于理論分析與模型試驗，對反拱水墊塘內(nèi)水動力荷載、襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性開展了大量的研究，但是關(guān)于反拱水墊塘防護結(jié)構(gòu)優(yōu)化與安全性研究卻涉及不

2、多。本文以涇河東莊水利樞紐壩后水墊塘為研究背景，從工程實際出發(fā)，對初擬反拱水墊塘防護結(jié)構(gòu)方案進行多因素的靜力非線性優(yōu)化分析，并將力學模型與數(shù)值模型相結(jié)合，對反拱水墊塘防護結(jié)構(gòu)進行安全性與穩(wěn)定性研究，主要成果如下：
　　(1)對反拱防護結(jié)構(gòu)數(shù)值分析中的模擬方法進行改進，主要包括材料非線性損傷本構(gòu)、計入抗剪效應(yīng)的錨桿單元選取和考慮分縫的流固耦合處理手段等，以使數(shù)值模擬研究更為接近實際。
　　(2)在設(shè)計揚壓力條件下，以穩(wěn)定性與整

3、體性為主要權(quán)衡指標，對反拱水墊塘底板防護結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化研究，確定了反拱半徑32m、板塊厚度3m、非均勻柔性錨固(邊緣板塊自由段2.5m，中間板塊自由段3m)的方案，達到錨固鋼筋與拱座聯(lián)合承載的目的，承載力較剛性均勻錨固提高30％；粘結(jié)滑移效應(yīng)對常規(guī)2m~5m自由段錨固方式的穩(wěn)定性影響小到可以不計，同樣對邊坡防護結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化研究。
　　(3)以有初始間隙的接觸單元來模擬拱端裂縫，對反拱底板成拱條件和鍵槽的成拱作用進行深入研究；計入預(yù)