粘土心墻堆石壩及壩基深覆蓋層的應(yīng)力變形分析研究.pdf

1、某水電站粘土心墻堆石壩填筑在厚度達(dá)120多米的深厚覆蓋層地基上,因此很有必要研究覆蓋層對(duì)壩體應(yīng)力變形的影響。同時(shí),施工期和蓄水后墊座及心墻、防滲墻的應(yīng)力變形有可能影響到大壩的安全和正常運(yùn)行。為此,本研究對(duì)某攔河壩進(jìn)行非線性二維有限元應(yīng)力變形計(jì)算分析,研究壩基覆蓋層、壩體和粘土心墻及混凝土防滲墻在竣工期、蓄水期的應(yīng)力和變形規(guī)律,研究混凝土防滲墻的材料性能要求,為壩體分區(qū)、防滲墻及粘土心墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料的選擇提供依據(jù)和參考。
　　在給

2、定計(jì)算參數(shù)的前提下,通過(guò)有限元應(yīng)力變形計(jì)算分析,得到以下主要成果:
　　(1)在竣工期,壩體及覆蓋層發(fā)生的最大沉降為105.70cm,占最大壩高(98m)
　　的1.08％;初次蓄水至正常蓄水位后,壩體的最大沉降稍有增加,為111.50cm,占最大壩高的1.14%。堆石壩最大沉降發(fā)生的位置為心墻內(nèi)距壩頂約2/3壩高處。
　　(2)在竣工期,壩體及覆蓋層向下游方向的水平位移最大值為25.62cm,正常蓄水位后,在水壓力的

3、作用下,壩體堆石向下游移動(dòng),水平位移最大值增大為38.68cm,占最大壩高的0.39%。
　　(3)竣工期壩體心墻處應(yīng)力拱效應(yīng)明顯,心墻區(qū)域內(nèi)大主應(yīng)力比壩殼堆石的應(yīng)力明顯降低,蓄水后這種拱效應(yīng)減弱。在混凝土墊座處,以及混凝土防滲墻底部,壩體及覆蓋層的應(yīng)力分布出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象,同時(shí)處于混凝土墊座下面的局部土體單元,應(yīng)力極小。
　　(4)竣工期壩體及覆蓋層的應(yīng)力水平總體不大,低于0.65;但在上游圍堰頂部及坡面的局部單元應(yīng)力水

4、平達(dá)到了0.85左右。蓄水后,上游堆石及上游圍堰的小主應(yīng)力急劇減小,從而導(dǎo)致上游壩殼及上游圍堰的應(yīng)力水平顯著增加;心墻及下游堆石的應(yīng)力水平明顯減小。應(yīng)該指出,上游壩殼及圍堰內(nèi)的這種較大應(yīng)力水平并不會(huì)導(dǎo)致上游壩殼的失穩(wěn)。
　　(5)粘土心墻在竣工時(shí),單元應(yīng)力水平不高,最大值為0.82;蓄水后,受水荷載影響,心墻內(nèi)小主應(yīng)力明顯增加,從而導(dǎo)致心墻內(nèi)的應(yīng)力水平比竣工期明顯降低,蓄水后心墻內(nèi)的應(yīng)力水平最大值降為0.56。不論是竣工期,還是蓄

5、水期,心墻內(nèi)的應(yīng)力水平均小于1.0,說(shuō)明發(fā)生剪切破壞的可能性不大;同時(shí)心墻內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)拉應(yīng)力,說(shuō)明出現(xiàn)拉裂縫的幾率很小。
　　(6)粘土心墻在豎直向應(yīng)變?yōu)閴嚎s,最大應(yīng)變?yōu)?.33%;在水平向應(yīng)變上出現(xiàn)了膨脹,最大值為-2.86%。
　　(7)混凝土墊座不論是在竣工期還是在蓄水期,大主應(yīng)力均為壓應(yīng)力,最大值為10.85Mpa;小主應(yīng)力在竣工期出現(xiàn)拉應(yīng)力,最小值為-0.86Mpa。應(yīng)該指出的是,在有限元計(jì)算中,是將墊座與混凝土防滲